TECHNOLOGY WIND
[摘要]在我们摄像头组硬软件的互相配合中，我们对未来机车实现无人驾驶有了很多想法。智能车以freescale16位的单片机XS128作为核
心控制处理器，相当于人脑；CCD 摄像头识别黑白俩图像进行赛道边沿采集图像智能循迹，相当于人眼；采用PID 控制策略实现对采集回的图像类型即黑线的走势来判断从而调整舵机的打向和电机的转速，以实现智能车快速而平稳的寻线行驶，相当于人脑对于真实路径的方向处理和速度调整产生的策略；摄像头识别终止线并立刻做出停止反应，相当于真实机车通行时遇到必要的停止信号如红绿灯或行人等障碍物做出的即时反应。
[关键词]智能车；PID 算法；CCD 摄像头；XS128；无人驾驶飞思卡尔摄像头智能车及无人驾驶车辆设想
付辉
韩国宏
赵皓
（西南科技大学信息工程学院，四川绵阳
621000）
1布局架构1.1布局关键点如下
摄像头置于车模后方，采用强度高质量轻的支架，并将摄像头置于距离车模底板30厘米左右处，与水平线的倾角约为47.57度，尽量减少赛车前方盲区，使舵机架高并直立安装，延长力臂以提高舵机的灵敏度，将主板，电池，电机置于同一平面放于车模，降低车底板的重心。
1.2车体构造原则
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在硬件安装上本着降低中心为基本原则，在摄像头和传感器的安装上本着视野范围宽而车体的距离短。在一些小的机械细节上可以产生失之毫厘谬以千里的影响，如我们对车轮螺丝的松紧程度做了一定的调整，电机高速运转是产生的噪音就没有之前的强烈。
2硬件系统2.1摄像头
摄像头作为智能车单片机、电机、舵机、电源、轮胎并驾齐驱的五宝之一，它的存在就是车子的灵魂可谓神来之笔。车体的控制方法都基于摄像头对于赛道黑线的提取，而摄像头正是图像信息的唯一入口，对采集到的道路信息进行分析处理，利用PID 算法实现对小车行进的控制。本队采用CCD 摄像头，灵敏度和动态图像显示较CMOS 数字摄像头更为理想，但功耗大，工作电压电流高。
2.2单片机
我们采用自己设计制作的最小系统，mc9sxs128芯片作为控制核心，其具有体积小，性能稳定，处理速度快的特点，对摄像头采集回的图像进行分析和处理，利用PID 算法对小车进行控制。
2.3电机驱动设计
我们使用四块BTS7960俩俩并联进行电机驱动，两路PWM 波信号，一路接到IN1，另一路接到IN2，IN1输入一定占空比的PWM 波，IN2输入占空比为0的PWM 波，实现电机的正转加速。反之，电机倒转达到智能车制动的效果。电机驱动的每一面构成一个半桥，正反面级联即可构成一个全桥，采用4路8位PWM 实现对电机的调速控制，经过测试，电路的可靠性很高，对电机的驱动能力也可以满足要求。
2.4舵机
1）极限舵角：由于各种车型的机械性能不尽相同，部分车在舵机达到极限舵角后也不能通过曲率为50cm ，角度为120的赛道，所以必须得对极限舵角不是足够的车体进行修正，我们经过不断地尝试和摸索最终完成了极限舵角的修正。
2）舵机安装：对舵机的安装和调整使其能很迅速达到控制算法所预设的角度。关于车轮定位，其主要
定位参数包括：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。本次比赛中的所使用的车模的这四个参数均可调整。
2.5电源系统
奔驰g55在此控制系统中电源直接影响到整个系统的稳定性，电源电压波动很容易会引起单片机复位、视频信号采集不稳定等等。因此我们需要一个十分稳定的电源，我们选用LT1170开关电源作为升压芯片，降压、升压、反激式，正激式、负输出和“Cuk ”型。一个大电流、高效率开关与所有的振荡器、控制器和保护电路一起集成在芯片之上。它采用自适应抗饱和开关驱动以允许宽变化范围的负载电流，并避免效率下降。
3软件系统3.1图像处理
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我们的图像算法采用从中心往俩边搜索，实际值加预测值，用偏差值来测算十字搜线是否偏离了赛道并补线，虚线部分采用跳掉5行并补线，弯道用到了斜率控制，终止冗余线段用到了斜率和弧度双向判断并剪切。
奥迪q2报价及图片3.2舵机控制方式
根据反馈回来的赛道偏离中心线的程度通过查表法来控制舵机，首先选择控制点，一帧图像理论上控
制舵机只需要选用其中的一行即可有效地控制舵机，我们发现选用一行控制舵机的静态抖动就很严重，原因在于摄像头不是绝对静止的，选取一行抗抖动能力太差，后来选用相邻的四行的黑线位置的加权平均作为控制点有效的解决了舵机的静态抖动。舵机的非线性既是当偏转很小时给小车很小的系数，使直道的舵机转角反映迟钝，当偏角较大时给定小车较大的系数，弯道上使舵机反应灵敏。
3.3电机控制方式
搜汽车有惊喜电机的控制采用增量式PID ，原理：u=K p e+K i 乙
edt+K d de ，其
中，K p 、K i 、K d 分别称为比例系数、积分系数、微分系数。u 被送到了执行机构，这样就获得了新的输出信号u ，这个新的输出信号被再次送到感应器以发现新的误差信号，这个过程就这样周而复始地进行。K p 比例增益起比例调节作用，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。调节k p 可以有效地改变电机的速度。
K i 积分调节使系统消除稳态误差，提高无差度。
K d 微分系数反映了系统偏差信号的变化速率，可以预见偏差的变化趋势，能提前对偏差进行控制。通过调节可以有效地减轻在十字、虚线或弯道处的抖动。
4对未来无人驾驶车辆的想法
在当今如此发达的科技下，不光发达国家如汽车之国美国人均1.3辆，作为人口大国的中国，汽车渐渐进入普通家庭越来越大众化，汽车不光给我们带来了惊喜，随之而来的问题也让人忧心，道路交通的拥堵，频频发生的交通事故，恶性抢劫事件，难上加难的驾照考核……人的技巧，心理特点，对外界环境的反应程度一定程度上决定了这些问题，这些因素由个体使然，与机械和CPU 全自动控制的系统在处理问题的稳定性和精确性上是难以媲美的。或许有人提出人的随机应变性，面对从未遇到的突发情况有自己的处理方案，但随着科技的进步，CPU 的性能提升，科学家完善各种情况的方案，在真实道路上全面通行无人驾驶机车，遵循相同的规则就会让当前大规模机车行驶的时代，各类问题的发生成为小概率事件。
依据本摄像头组的方式来对未来无人驾驶机车进行设想，硬件六宝CPU 、摄像头（真实机车可采用分辨彩及红外线图像的摄像头）、电
机、舵机、电源（可以用机油作为能源供应）、车轮，思路可以用智能车大致作为参考。真实的路况更加复杂因而软件对于舵机和电机的编写
也相当重要。可以改变道路俩边的颜进行判断和控制，也可以采用保温材料对道路俩边加工使其热度不同，用红外线摄像头来判断和处理。
东京的京牌车开工科技前沿
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飞思卡尔摄像头智能车及无人驾驶车辆设想
作者：付辉， 韩国宏， 赵皓
作者单位：西南科技大学信息工程学院，四川绵阳,621000
刊名：
科技风
英文刊名：Technology Wind
年，卷(期)：2013(16)
本文链接：d.g.wanfangdata/Periodical_kjf201316044.aspx