第1章绪论
1.1 课题背景
目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:
1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、
分
析、识别等工作。
2)摄像机，用来获得道路图像信息。
3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前
方、侧
方、后方障碍物等信息。
智能车辆作为移动机器人的一个重要分支正得到越来越多的关注。
1.2 国内外发展现状及趋势
智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
国外智能车辆的研究历史较长。它的发展历程大体可以分成三个阶段：
第一阶段  20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。
第二阶段从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有
成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。
第三阶段从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。
而我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有：
1)中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003
年研制成
功我国第一辆自主驾驶轿车。
2)南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等
多所院
校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。
可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。
1.3 课题研究的目的及意义
图像识别技术是信息时代的一门重要的技术，其产生目的是为了让计算机代替人类去处理大量的物理信息。随着计算机技术的发展，人类对图像识别技术的认识越来越深刻。图像识别技术的过程分为信息的获取、预处理、特征抽取和选择、分类器设计和分类决策。图像处理技术的应用广泛，人类的生活将无法离开图像识别技术，研究图像识别技术具有重大意义。
通过毕业设计，我们将所学的基础课，专业课等方面的知识进行一次全面的复习。能够培养我们综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力，培养我们设计计算、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力，培养我们独立思考，解决问题以及小组合作的能力，培养我们调查研究、查阅技术文献、编写相关文档的能力。通过毕业设计，我们将学习如何将平时所学知识运用到实际中，
能够更好地将课本知识和实际结合起来。
第2章系统硬件设计
2.1 系统设计方案概述
图2.1 系统整体框图
基于图像识别自主寻迹智能小车的系统总体结构如图2.1所示。系统由电源组件、检测组件、主控组件、输出组件共  4 个部分构成。电源组件采用电池供电，经过电压转换芯片转换之后，每个模块得到所需要的电压。检测组件由摄像头模块和测速模块组成, 主控组件采用ARM 芯片作为控制核心，输出组件由电机控制模块和显示模块组成，显示模块包含图像实时显示和速度实时显示。2.2 主控模块电路
STM32最小系统如图2.2所示。最小系统由CPU、电源模块、时钟模块、复位模块、BOOT 启动模块、下载模块组成。STM32F103ZET6 是一款32 位的ARM 芯片，其电源模块采用SPX1117 电压转换芯片和相关电路得到系统所需电压，时钟模块采用8 MHz 和32.768 kHz 的晶振分别作为芯片的备用时钟源和RTC 时钟源。复位模块包括上电复位和按键复位电路。BOOT 启动模块的作用是设置启动模式，通过BOOT0 和BOOT1 设置：当BOOT0 为0 时，CPU 执行片上FLASH 代码; 当BOOT0 为1、BOOT1为0 时，系统的模式为串口下载模式；当BOOT0 与BOOT1 均为  1 时，CPU 执行SRAM 内部
的代码，下载模块采用JTAG 下载。
图2.2 STM32最小系统
2.3 电源模块电路
汽车测速器
由于各电路模块所需电压不同，本设计需多种电源供电。STM32F103主控芯片采用3.3V供电，电机驱动采用5V与12V，红外收发检测电路采用5V与3.3V，液晶显示与触角传感电路均采用3.3V供电。外部电源采用12V的直流电压，因此根据设计要求，本设计进行了电源转换设计。
采用KA7805芯片实现12V到5V的转换。KA7805的作用是输入大于5V的直流电压，输出5V的直流电压，且管脚较少，易于连接和实现，稳定性高，本设计采用LM1117-3.3芯片将5V转换为3.3V，具体电路设计如图2.3所示。
图2.3 电源模块电路
2.4 图像采集模块电路
图像采集模块电路如图  2.4所示。该模块采用CMOS 图像传感器OV7725 。图像采集原理如下：首先，OV7725 捕捉到原始信号后，将其输入到模拟处理器中，处理后分成G 和RB 两路输入到A/D 转换器，经A/D 转换器处理后转换成数字信号，然后输入到FIFO，单片机从FIFO 读取、处理数据并采集图像。FIFO 存储摄像头采集到的图像数据，其存储空间为  3 M。
摄像头采集完一幅图像后，将帧中断信号输入到CPU, CPU 收到帧中断信号后，将WEN 和HREF引脚电平拉高，使图像数据存入FIFO。当CPU 再次收到帧中断信号，表明图像数据已存入FIFO，此时关闭帧中断，将WEN 电平拉低, 避免图像数据再次写入FIFO。
图2.4 图像采集模块电路