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摘 要

本文设计了一种应用CCD图像传感器进行导航的智能小车系统。该系统根据全国大学生智能汽车大赛的设计要求，使用 Cygnal公司的C8051f020 单片机为控制单元，集成成熟的CCD摄像头、舵机等模块，并设计了电源、电机、程序下载、核心控制板等硬件电路。利用PID 和PWM(脉冲宽度调制)等控制方式，使智能车能够自动采集、分析引导线信息，控制车速和转向，实现智能车的自动寻迹。 

关键词：智能车； C8051f020 ；单片机 ； 自动循迹 ；PWM

The soft system design of intelligent vehicle(based on microcontroller )

Abstract

This paper introduces an intelligent vehicle system based on CCD camera navigation.According to design requirements of “the national college students intelligent car racing”,the system uses MCU C8051f020 made by Cygnal corporation as central control unit, Integrates mature CCD camera, steering gear and other modules,and designs several hardware circuit such as power supply, motor , download ,core control panels and so on. the using of PID and PWM (Pulse width modulation) control method makes the smart car can automatically collect, analyze guide line information and control direction and speed so that realize that intelligent vehicle can trace automatically.

 Key Words: Intelligent vehicle; C8051f020; MCU; automatic tracking

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1智能车辆的定义和前景 1

1.2智能车竞赛的积极作用 1

第2章 设计任务 2

2.1 要求 2

2.1.1整体要求 2

2.1.2制作环境与平台 2

2.2 比赛规则 3

2.2.1.器材限制规定 3

2.2.2.有关赛场的规定 3

2.2.3.具体规则 4

2.3 整体方案概述 5

2.3.1硬件系统结构图 5

2.3.2整车实物图 6

2.3.3 硬件清单 7

2.3.4 I/O分配 7

2.4 硬件模块简介 8

2.4.1 制图工具Altium Designer介绍 8

2.4.2 CCD传感器介绍 8

2.4.3 C8051f020芯片介绍 8

2.5 电路板原理图 10

2.5.1电源和通讯模块原理图 10

2.5.2 核心板原理图 11

2.5.3电机驱动电路原理图 11

第3章 分模块方案设计（软件部分） 12

3.1 硬件初始化 12

3.1.1锁相环的设置 12

3.1.2脉冲宽度调制（PWM）初始化 12

3.1.3定时中断及输入捕捉通道的初始化 13

3.1.4 ADC模块初始化 14

3.1.5 外部中端的初始化 14

3.2 视频采集模块 14

3.2.1方案选择 14

3.2.2 方案实现 15

3.2.3 程序实现 16

3.3数据处理模块 17

3.3.1.信息处理 17

3.3.2 黑线识别 19

3.4路径规划 20

3.5速度控制模块 23

3.5.1 PID算法介绍 23

3.5.2 PWM介绍 24

3.5.3 采用PID算法原因 24

3.5.4速度控制策略 25

3.5.5 速度值转化为PWM信号 26

3.6转向控制模块 26

3.6.1 控制思想 26

3.6.2 PWM控制舵机转向原理 27

3.6.3 转向控制策略 29

3.6.4转向控制算法 30

3.7 终点检测 30

3.7.1终点线的特点 30

3.7.2 终点识别算法 31

第4章 程序架构 33

4.1 总程序框图 33

4.2 程序实现流程 33

第5章总结 34

参考文献 35

第1章 绪论

1.1智能车辆的定义和前景

智能车辆，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，它集中地运用了机器人技术，人工智能技术，计算机科学技术，通信与信号处理技术，自动化与控制技术以及机器视觉技术等技术，是典型的高新技术综合体。智能车辆的许多新思想、解决方案得益于其他技术邻域的进步和支持。1953年，美国Barrett Electric公司制造了世界上第1台采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。

智能车辆是智能交通系统的重要构成部分,研究此课题有助于降低日趋严重的交通事故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问题。智能车辆致力于提高汽车的安全性、舒适性和提供优良的人车交互界面，是目前各国重点发展的智能交通系统中一个重要组成部分，也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。

1.2智能车竞赛的积极作用

智能车是汽车行业发展的未来方向，我们国家不应在这一领域落后。所以有必要通过智能车竞赛的举办提高大学生对这一领域的实践水平和兴趣。

模型车的制作对当代大学生的意义主要表现为以下几点：

⑴培养了学生的动手能力和科研的基本技能。

⑵增强了参赛队员的学习自信心和科学钻研能力。

⑶增强了参赛队员的团队精神、沟通能力和责任心。

⑷通过比赛加强了同学与外国大学生的交流。

第2章 设计任务

2.1 要求

2.1.1整体要求

基于搭档同学设计的硬件，设计一个智能电动车软件控制系统，使智能车能按比赛规则2.2正确地行驶在规定路线上。赛道环境如图2-1-1所示

图2-1-1比赛路径概念图

2.1.2制作环境与平台

1. 硬件：

车模（如图2-1-2，包括底盘、四轮、转向舵机、马达、光电码盘、电池） 自制主板（以C8051f020芯片为核心） CCD图像传感器 上位机（PC）

1. 软件：

Altium designer 10电路设计软件 keil51编程软件

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