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第三届全国光电设计大赛理论方案报告编号：参赛题目：基于光电导航的无人驾驶智能车参赛队伍名称：所在学校：队长姓名：提交方案时间：一．研究内容设计一辆具有光电导航能力的智能车，要求在指定的赛道上，从起点出发经过现场随机确定的至少五个十字路口或丁字路口，进入指定的停车位，结束后，发出声光提示。要实现上述目的，就得研究如何使小车实现自动导航控制。电源管理模块，控制核心模块，方向识别模块，电机驱动模块，舵机控制模块以及传感器的排布方案。二．研究方案根据所要实现的系统功能，我们制定了如下的设计方案：在小车上安装2～3个小摄像头，通过摄像头拍摄小车行进过程中的车道信息和相关指示标志符号，通过实时图像采集和信号处理识别道路特征和标识特征，并将各种特征发送到总控制模块。总控制模块读取道路特征信息和从车体的速度测试模块得到的速度等状态信息进行综合判断，从而判断出小车当前所处的状态和应采取的控制方案，从而通过电机和舵机控制模块进行小车速度、角度等指标的控制。从而完成小车在直道、弯道、入库等过程的控制。1.总控制管理模块采用AT89S52单片机实现控制核心模块如图1所示1图1系统框架图本系统的控制核心是单片机AT89S52。它能实时地获得通过FPGA采集并处理得到的相关信息，经过识别和判断通过下达指令给舵机和直流电机实现小车的运动控制。2.图像采集存储模块采用CMOS摄像头，视频解码芯片SAA7113、FPGA、SRAM存储芯片等实现图像信息的实时采集和存储。2图2视频图像采集框图FPGA将采集到的图像数据保存到缓存中，为后端对图像的进一步处理提供数据。本系统采用两块SRAM作为图像缓存，并应用PING--PANG缓存控制方法对其进行操作。3.图像信息处理及特征识别模块在FPGA中通过Verilog编写程序实现对存储在SRAM中的图像进行实时处理和特征识别。特征包括：小车直行时的方向和边线的角度；行驶过程和边线的距离；转弯方向标志；转弯方向标志识别后距离路口的距离；转弯过程中内弯道的连续跟踪；入库标准的识别；入库时底线距离的监控。通过串口模块将各种特征的识别结果数据发送到主控模块。4.电源管理模块系统各个部件都需要合适且比较稳定的电压，电源电压大小和能量要足，这样随着时间的延长压降不至于过大，保证了系统的稳定性。3图3系统电源稳压模块示意图5.电机驱动模块电机的机械特性直接关系到赛车系统的驱动性能，通过以下两个模块进行必要的分析。⑴.舵机控制模块控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出，如图4所示。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。4图4输入信号脉冲宽度和舵机输出角度的关系图⑵.直流电机控制模块5图5电机开环机械特性曲线这里重点分析一下负载变化对电机转速的影响，降压回馈制动以及电压反接制动性能。如图5，电机稳定运行时的阻转矩为Ta，转速为n1，若突然阻转矩增加到Td，转速经回馈制动后稳定在n2。若要赛车在不同负载下获得稳定的速度，开环调速系统是不能实现的，只能加上速度传感器来实现闭环调速。降压减速，分析一下电压降为零这种极限情况，如曲线1所示。当电压突然降到零时由于机械惯性，转速不能马上降为零，A点跳到B点，产生制动转矩Tb。对一般电机而言，绕线电阻都不大，特性曲线的斜率就很小，那么制动转矩Tb大于稳定运行时的电磁转矩Ta。电压反接制动，当电压反接制动不串入电阻限流时特性曲线如3所示。当电机高速运行时，反接制动转矩几乎是减压制动转矩的2倍，同时电流也是降压制动时的两倍，要比额定电流大的多。为了提供这样的大电流，两片33886并联实在是很有必要的。6.车体机械结构车辆机械方面的调整无疑是影响速度的一个关键因素，所以本队在车体结构设计、传感器模块安装、转向机构调整等方面进行了讨论。车体结构设计应该从以下几个方面着手：车身简捷、底盘稳定、控制灵活、行进快速。6图6车体机械结构示意图为保证赛车的...