论文总字数：27080字

摘 要

本课题采用STM32单机片作为核心控制器，在此基础上增加各种接口电路板与传感器组成整个硬件系统。智能小车通过彩色OV7725摄像头捕捉动态画面以RGB格式的数据提取，并进行对单通道的提取，通过设置阈值同时进行软件二值化进行存储；根据所编写的算法进行对目标发光源的循迹，通过PID经典算法输出PWM信号控制小车的运动，使小车能达到迅速制动的功能；另外配置摇臂电机系统，利用单片机可以驱动摇臂电机实现自动灭灯功能；通过红外传感器进行距离的判定，以及实现避障、停车部分的功能；彩色摄像头单通道提取固定颜色的光，增强对目标的循迹能力。整个程序部分使小车达到闭环控制，让小车能自主循迹、灭灯。

关键词：智能小车 OV7725摄像头 STM32 PWM PID控制

Design of Intelligent Track Car Based on STM32 Microcontrollers

Abstract

In this paper, STM32 single chip is used as the core controller, and various interface circuit boards and sensors are added to constitute the whole hardware system.The intelligent car captures dynamic pictures by color OV7725 camera and extracts data in RGB format, which carries out single channel extraction, and stores them by setting threshold and software binarization at the same time. According to the algorithm, it traces the target light source, and outputs PWM signal by classical PID algorithm to control the car's movement, so that the car can achieve rapid braking. In addition, the rocker arm motor system is configured, and the rocker arm motor can be driven by single chip microcomputer to achieve automatic lamp extinguishing. The distance is judged by infrared sensor, and realize the functions of obstacle avoidance and parking, and extract the fixed color light from the single channel of color camera to enhance the tracking ability of the target. The whole program makes the car achieve closed-loop control, so that the car can track and turn off lights independently.

KEY WORDS: Intelligent car;OV7725 camera;stm32;PWM;PID controll

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 小车设计方案 3

第二章 硬件电路设计 5

2.1 电源模块 5

2.1.1 舵机电源 5

2.1.2 5V直供电源 6

2.1.3 3.3V直流电源 6

2.2 单片机模块 7

2.3 摄像头模块 8

2.3.1 摄像头的选择 8

2.3.2 摄像头模块 9

2.4 方向舵机、驱动电机模块 11

2.4.1 电机、舵机选择 11

2.4.2 方向、运动控制模块 12

2.5 避障模块 15

第三章 软件系统设计 17

3.1 图像采集及处理算法 18

3.1.1 调用SCCB的方法 18

3.1.2 摄像头时序图 20

3.1.3 图像存取 21

3.1.4 图像采集及处理 22

3.2 速度与方向控制 24

3.2.1 PID算法 24

3.2.2 方向控制算法 25

3.2.3 运动过程算法 26

3.3 图像显示 29

第四章 调试与总结 30

4.1 安装与调试 30

4.2 出现的问题与其解决方法 31

4.3 总结 33

参考文献 34

附录 38

程序部分 39

主函数 39

其他函数及配置参数 40

致谢 49

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

近几年来，大数据、人工智能的浪潮愈演愈烈，智能化越来越被人们所提及与重视^[1-3]。智能化设备的产生正逐渐取代人工、取代重劳动^[4]，因为其可以在预定的程序下进行精准的操作，同时又没有人所需要的休息时间，而达到环境里的自动操作^[5-6]，其被广泛应用于军事、科学、人民生活等方面。从以前的人工控制机器这样的人与环境通过物体或者说是工具的交流，到如今的物直接通过环境的反馈而做出的反馈，这是便是信息革命带来的产物，或者说是智能化革命的开端^[7]。智能化小车是人所编写算法与硬件相结合的智能化^[8]。由此，世界上举办了许多与智能化有关的竞赛来推进此方向的研究：机器人大赛、智能车竞赛等等。这些竞赛都采用一些单片机搭载各种不同的探测器、电机及自制的一些功能模块来实现闭环控制功能^[9-10]。

1.2 研究现状

智能车出现早期，我国对其的研究较其他国家更晚，与其他国家之间存在一定的技术差距^[11]。但过于智能车的研究热情，我国呈后来居上态势。

作为无人驾驶汽车的缩影，智能车比赛在国内进行的如火如荼：

1. “飞思卡尔”杯智能车竞赛是我国比较知名的几个智能车竞赛之一。其是飞思卡尔公司资助举办的智能车竞赛。飞思卡尔杯每年有不同的赛题并召集全国的参赛队举办一场竞技速度与设计的竞赛。其比赛的最终成绩不仅取决于小车的速度，还取决于设计的精妙与报告的准确，十分考验参赛队员的整体综合能力。并且对推动智能车的进步与改进取得了非常重要的作用。
2. 另一项非常顶尖的赛事是恩智浦智能车大赛以智能汽车为研究对象，设计探索智能车系统的目的。恩智浦竞赛创办自2005年，在全国数百所高校的支持下，已在全国30多个省市自治区近500多所高校普及，并推广至美、欧、日、韩等国家和地区，发展成为全球性的大型赛事。该竞赛已成功举办了十二届，参赛学生总规模超过20万人次。

(3)全国大学生光电设计竞赛是每两年举办一次的全国光电专业竞技类的赛事，规模也在逐年增大。于2018年举办了第六届赛事，并分为了地区赛与国赛两个部分。该赛事每届会安排两个赛题，对应光、电两个领域。而偏向电领域的赛题，每年也都会有所不同，但都与单片机有关联。

图1.1：具有MCS-51内核的STC89C52RC

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