第五章 仿真与调试

要想将所设计的算法运用到智能小车上，并很好的控制智能小车的各个机构协调工作，并不是一蹴而就的事情，必须经过初期的设计、仿真、制作和长期的调试工作。而这一系列工作也是反复循环进行的，在调试过程中对设计方案进行修改，然后重新仿真制作后再进行新一轮的调试。

5.1 调试阶段

5.1.1 摄像头调试

CCDCMOS摄像头是智能小车最重要的传感器，知道安装在智能小车上的摄像头看到的路面图像是什么样的，这一点在调试过程中是很重要的。由于我们所使用的摄像头输出的是PAL制式的图像，和我国电视机采用的制式是一样的，因此，我们利用视频采集卡将摄像头的视频图像转接到电脑上，并用视频采集卡配套的软件对图像进行观察、截图等操作。通过视频采集卡，我们就可以知道智能小车看到的路面信息是什么样的，这就给我们的调试工作带来的很大的方便。

5.1.2 软件系统调试

本文之前已经详细的讨论了智能小车的硬件结构和图像处理算法、控制算法等，但是这些算法都需要用软件即使用程序语言来实现。我们使用IAR Systems以及硬件在线仿真调试工具——BDM来开发智能小车的软件系统。IAR Systems 是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。IAR Systems提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开发和测试的每一个阶段，包括：带有CC++编译器和调试器的集成开发环境(IDE)、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。如图5.3所示，图中是IAR Systems集成开发环境（IDE）。

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图5.3 IAR Systems集成开发环境和调试器（Debugger）

IAR Systems调试器（Debugger）通过BDM连接到我们设计的智能小车控制电路板上，这样我们就可以在线实时读到K60微控制器中寄存器的状态、变量的值等，大大方便了我们的调试工作，如图5.4所示。

图5.4 软件系统的调试

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第六章 赛车具体参数

项目 路径检测方法（赛题组） 车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米） 车模轴距轮距（毫米） 参数 摄像头 300*190*250 200（轴距），140（前轮距），130（后轮距） 车模平均电流（匀速行驶）(毫安) 电路电容总量（微法） 传感器种类及个数 新增加伺服电机个数 赛道信息检测空间精度（毫米） 赛道信息检测频率（次秒） 主要集成电路种类数量 车模重量（带有电池）（千克）

1200 940 摄像头1个，光电编码器1个 0个 20 20 BTN7971 4 1.0 第 34 页

第七章 总结与展望

7.1 总结

要实现对高速行驶汽车的自主智能控制并不是一个简单的自动控制问题，它涵盖了控制、模式识别、力学、光学、电磁学、传感技术、电子、电气、计算机、机械及车辆工程等多个学科。本文采用的控制核心是一款飞思卡尔半导体公司生产的32位微控制器——MK60DN512，利用了微控制器的强大功能实现了智能小车对路径的自主寻迹，以及在未知环境下，结合一定的算法，实现了对智能小车的高速导航控制，从最终测试结果来看，本系统具有较好的控制性能与对未知环境的适应能力。

对智能小车系统的自主控制，可以分为三大部分：首先是对路径信息的提取与识别，即智能小车的寻迹；然后是对前轮舵机方向的控制，即智能小车的导航控制；最后是对后轮车速的控制，即智能小车的驱动控制。

智能小车的导航控制，主要就是对智能小车的舵机系统进行控制，但是，后轮舵机系统作为一个机械执行机构，舵机系统中存在着饱和、摩擦和间隙等非线性因素，再加上K60微控制器自身产生PWM波形机制的问题，使舵机系统具有机械延时和输出周期延时两部分，造成了比较大的延时。本文在详细论述了延时原因的基础上，提出了几点解决办法，分别从软件和硬件两方面下手，减少了舵机的延时，使对舵机控制的实时性更好。智能小车的舵机转向控制是一个复杂的随动控制问题，很难求得其准确的模型，此时PID 的控制效果将难于达到预期的目标。因此我们根据人驾驶车辆的经验，采用了分类控制算法。

在搭建好智能小车的软硬件平台后，我们进行了一系列的仿真和调试，实验证明，我们的寻迹方案与导航控制策略是稳定、有效的。完成了对智能小车的自动控制，并在制作的赛道上实现了智能小车的高速、自主行驶。在调试过程中，我们也发现了一些问题，由于对汽车工程理论与机械结构设计的不熟悉，使我们对智能小车结构的改造和对摄像头安装支架的设计存在着缺陷和不足，这就约束了智能小车的提速，例如，摄像头支架过重使智能小车重心偏高，导致在高速行驶转弯时会发生翻车的情况。此外，我们对图像信息的处理算法和导航控制算法也有改进和提升的空间，例如，可以尝试在导航控制中使用专家系统等先进的算法。这些都是我们今后努力的目标。

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7.2 展望

智能车系统的研究十分复杂，需要解决的问题很多，任务非常艰巨，不是一蹴而就的，必须经过长期的理论研究和实践探索才能够取得突破和进展。展望未来，对于我们所研究的这类智能小车，我们认为今后还可在以下几个方面做进一步的研究和提升。

1）、采用优质的数字摄像头，数字摄像头可以非常方便的调整其参数，对环境适应能力更强。

2）、在舵机控制策略上，可以考虑使用更先进的控制算法。

3）、在图像处理方面，可以研究更先进的算法，不过，这需要配合微控制器性能的提升，可以考虑使用DSP、ARM等更先进的处理器。

4）、硬件传感器方面。可以尝试采用CMOS摄像头随动方案。

5）、小车机械性能方面。需要学习一些汽车工程方面的知识，以便对智能小车的车体改造有理论指导和依据。此外可以再考虑外增加制动装置在入弯时进行减速。这样直道速度可以提高，平均速度更快。但如何选择合适的制动装置并对其进行控制，还需要进一步深入探讨。

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