基于图像传感器的智能车控制系统开发

论文摘要

智能汽车作为众多高新技术的综合载体,在智能交通系统中的扮演着重要的角色。本文以全国大学生智能汽车竞赛为背景,对智能车控制系统进行研究和设计。采用Freescale16位微处理器作为核心控制芯片,基于数字图像传感器采集视频图像,通过对采集的图像进行处理分析,获取道路信息,自主识别行驶路线,并结合测速反馈实现对车体的闭环控制,使智能车能够在规定的跑道上安全、快速地行驶。论文的主要工作如下：首先,针对控制要求对智能车系统的机械结构进行改造。结合现代汽车的相关理论,通过实验的方式对智能车底盘、前轮定位参数、齿轮传动机构、后轮及差速器进行了调整；讨论了图像传感器的安装原则与位置校正；分析了转向舵机对智能车系统产生的影响,为图像传感器与转向舵机设计出了合理、可靠的安装方式。其次,文章对智能车系统的硬件电路进行了设计。分别对核心控制模块、电源管理模块、图像采集模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、测速功能模块等部分的电路进行设计,保证智能车具有良好、稳定的硬件支撑。最后,在智能车系统的软件设计中,给出了系统软件的总体架构,介绍了图像采集的流程,针对道路的特征给出了图像处理及路径识别的算法,从建模的角度对智能汽车的控制策略进行了分析和研究,在此基础上,借鉴生物免疫反馈机理并结合模糊理论,提出了一种模糊免疫自适应PID控制器,使智能车在高速行驶状态下的具有良好的目标轨迹跟踪性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 智能车的发展历史
• 1.1.2 智能车竞赛简介
• 1.2 文章内容安排
• 2 系统方案概要说明
• 2.1 智能车总体设计思路
• 2.2 路径识别方案
• 2.3 电机驱动方案
• 2.4 电机驱动方案
• 2.5 本章小结
• 3 系统机械结构设计与实现
• 3.1 车体底盘调整
• 3.2 前轮定位
• 3.2.1 主销后倾角
• 3.2.2 主销内倾角
• 3.2.3 前轮外倾角
• 3.2.4 前轮前束
• 3.3 后轮及差速器的调整
• 3.4 齿轮传动机构的调整
• 3.5 图像传感器的安装
• 3.5.1 安装原则
• 3.5.2 位置校正
• 3.6 转向舵机的架设
• 3.7 电池固定及悬挂方式
• 3.8 本章小结
• 4 系统硬件设计与实现
• 4.1 硬件总体结构
• 4.2 核心控制模块
• 4.2.1 时钟电路设计
• 4.2.2 复位电路设计
• 4.2.3 最小系统设计
• 4.3 电源管理模块
• 4.3.1 5V稳压电源
• 4.3.2 6V稳压电源
• 4.3.3 18V稳压电源
• 4.4 图像采集模块
• 4.4.1 图像传感器
• 4.4.2 镜头的选择
• 4.5 测速功能模块
• 4.6 电机驱动模块
• 4.7 舵机驱动模块
• 4.8 本章小结
• 5 系统软件设计与实现
• 5.1 软件总体结构
• 5.2 图像处理及路径识别
• 5.2.1 图像的采集
• 5.2.2 图像平滑与锐化
• 5.2.3 畸变校正
• 5.2.4 黑色引导线提取
• 5.2.5 路径识别
• 5.3 控制策略分析
• 5.4 免疫反馈算法
• 5.4.1 生物免疫反馈机理
• 5.4.2 免疫PID控制器
• 5.5 基于免疫原理的智能车控制
• 5.5.1 免疫调节作用函数
• 5.5.2 免疫PID的模糊自调整
• 5.6 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢