基于线性ccd的自主行驶小车系统的设计.doc

摘要
本文主要设计制作一辆基于线性CCD自主循迹行驶的智能车,采用飞思卡尔半导体公司生产的32位单片机MK60DN512VLQ10作为核心处理器，主要通过TSL1401线性CCD采集赛道的一维图像信息，反馈给单片机控制舵机转向，电机调速，使小车按照事先架设好的跑道自主行驶，并且能通过ST188红外对管识别出终点（跟边线垂直的黑线段）自动停车。硬件系统由单片机模块，TSL1401线性CCD模块、电源管理模块、电机驱动模块、OLED人机交互模块、光电对管模块以及电机、舵机和编码器组成。软件系统主要由IAR进行开发，控制算法主要采用PID控制。
关键词
智能车；线性CCD；PID

Abstract
ThispapermainlyintroducesthedesignaboutasmartcarwithautomatictrackingfunctionbasedonlinearCCD.ThecontrolsystemusestheFreescaleSemiconductor's32-bitmicrocontrollerMK60DN512VLQ10asthecoreprocessor.TheTSL1401linearCCDacquiresone-dimensionalimageinformation,whichisfeedbackedtoTheMCU.ThentheMCUcontrolsservo’sdirection,motor’sspeed,sothecarcanautomaticallydriveinaccordancewithbeforehandtrack,identifytheend(theblacklineverticalwithsideline)andstopautomaticallybytheST188.Thehardwaresystemincludesamicrocontrollermodule,aTSL1401linearCCDmodule,apowermanagementmodule,amotordrivemodule,twoOLEDmodules,fourphotoelectrictubemodules，amotor,aservoandaencoder.ThesoftwaresystemisdevelopedbyIARandthecontrolalgorithmmainlyusesPIDcontrol.
Keywords
SmartCar;LinerCCD;PID

1.引言
汽车行业的发展已经超过了100多年，自1980年以来，智能理论控制技术在交通运输工程中已经被越来越广泛的运用，智能汽车的概念在这一背景下也就相应产生和发展[1]。随着科学技术与现代汽车工业的结合发展，两者的产物“智能汽车”能像机器人一样，可以自动地进行环境的感知，规划和决策的运行控制[2]。智能车系统是一个综合多技术领域系统，其包含了自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多个学科专业[3]。因此，对智能车技术的研究能够促进计算机技术、车辆控制理论、摄像头[4]等多传感器信息融合技术等技术的快速发展；可以提高车辆的控制能力和辅助驾驶水平，对优化交通设施，缓解和改善交通问题具有积极的意义；改善工业人员工作环境，提高安全系数，同时还可以提高工业的智能化水平，提高产量。为人类的生产生活带来越来越多的便利，使人类的生活质量越来越高。
智能车最大的要求就是能够自动循迹，像全国“飞思卡尔”杯智能车比赛、瑞萨杯智能车比赛等比赛都是要求智能车能够自动循迹。而光电传感器的选用在自动循迹智能车系统中更是一个关键的问题。传统的红外对管，激光管在前瞻和稳定性方面都存在一定的缺陷[5]，线性CCD是新兴的光电传感器，第八届全国飞思卡尔杯智能车比赛中就对TSL1401线性CCD传感器进行了第一次使用，与传统的红外对管，激光等光电传感器相比，线性CCD具有很多优点，尤其是在线性度和图像均匀性等方面，采集到的数据便于单片机处理。实验表明，线性CCD的前瞻比较远，能达到1.2米左右。随着对智能车辆速度增加的要求，需要跟踪处理越来越多路况，如路口，避障等。对于以上的情况，线性CCD能够利用其本身的特点有效的予以解决，尤其是在对于智能车辆的提速问题上。随着线性CCD技术的不断提高与发展，线性程度自然会持续提高，提取的图像信息会变得更加的稳定有效，前瞻会变得更宽更远，因此必定会加快推进智能车速度提高的进步[6]。本智能车系统就是基于线性CCD为基础而设计的。
2.设计方案思路

2.1单片机的选择
方案一：采用传统的8位40引脚单片机STC89C52作为主控芯片，该MCU是台湾宏晶公司的产品，具有低功耗，高性能，编程简单等特点，应用在很多领域