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第三届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
斜率增大所致，仍然找到黑线左右边界，求得黑先中心。如果车过交叉线时与赛道方向的夹角较小时准确率很高，随着车与赛道夹角的增大出错的概率也在增加，由于车在直道上一般不会产生较大偏差，因此通常情况下不会出错。
下图为将采集到的图像数据经串口传至PC机后使用Visual C++显示的图像，左侧为赛道图像，右侧为从中提取的黑线中点，图像分辨率为45×39。
图4.4 赛道图像及从中提取的黑线中点
4.4.3 起始线的识别
本次比赛要求赛车在跑完两圈之后，在通过起始线后三米范围内自动停止。如果没有停止在规定的范围内，比赛成绩时间增加1秒，因此需要对起始线进行识别。起始线形状如图4.5所示。
图4.5 赛道起始线示意图
图4.6 起始线的识别过程
由图可以看出起始线与垂直交叉线类似，但它与赛道之间有两段缝隙，这是区别垂直交叉线与起始线的主要特征。识别起始线的方法是在找到整幅图像黑
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第四章 软件设计
线的中点后一黑线中点为中心左右各偏移15点向下寻找黑点，在寻找到黑点后横向向黑线中心寻找，如果黑点与黑线中心点相连则认定其为交叉线，反之如果黑点与中心点间距离满足尺寸要求则认为其为起始线。图4.6中蓝色箭头为寻找过程。经过测试这种方法识别的准确性很高。
4.5 转向及速度控制算法
4.5.1 转向控制
智能车系统中，转向控制的好坏直接影响到车高速行驶时的稳定性。由于直接控制转向的舵机本身具有较大的惯性和迟延，因此需要在算法上加以补偿。
采用PID与前馈反馈相结合控制方法来对舵机的转向进行控制。
图4.7为控制系统结构图。图中赛道曲率eθ为系统的主要干扰，通过前馈补偿器的计算得出前馈控制量U2再与反馈控制器计算得出的控制量U1相加，得到最终的控制量U作用于舵机，使车转向。
图4.7 转向前馈反馈控制系统结构图
具体实现方法如下：
首先，根据检测出的黑线中点的起始点与结束点作直线，得到直线中点与车身中线的水平偏差为el。以直线取代原始曲线，能够使车在经过较小S弯时以较优的路径通过。选取直线中点计算偏差能使车具有一定的提前动作能力，部分抵消舵机的延时。
其次，以识别到的黑线前一部分与中线之间的夹角为角度偏差eθ，用以控制速度和舵机。
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图4.8 转向控制方法示意图
4.5.2 速度设定
为了使车模在容易通过的直道能够以较高行驶，而在弯道尤其是最小弯能够安全通过，需要根据赛道的不同状态控制车的速度，使车能够以尽量短的时间完成比赛。我们根据根据最小二乘法的误差平方和∑ei2、分段线性化的分段数n和赛道前端与车身的角度偏差eθ三个变量控制车的速度。
1）∑ei2：我们使用最小二乘法分析赛道的线性度。最小二乘法拟合出的直线和实际曲线间的参差平方和∑ei2最小，在赛道为直道使得到的∑ei2较小，一般小于10；当赛道为弯道时，∑ei2较大，通常会大于20。
2）n：我们还将得到赛道信息进行分段线性化，如果赛道曲率较小，赛道的分段数n很小，直道一般被分成一至三段，而弯道分段较多，n可达十几。
3）eθ：根据识别出的赛道的前端与车身的角度偏差eθ，如图5.7所示。 根据这三个变量就可以很好的控制车在赛道上的速度。
4.5.3 速度调节
使用遇限削弱积分PID控制算法。遇限削弱积分PID控制算法的基本思想是：当控制进入饱和区以后，便不再进行积分项的累加，只执行削弱积分的运算。这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区[10]。
另外考虑到系统惯性较大，为了提高系统的减速性能，我们使用了分段比例系数方法。在满足系统稳定的前提下，在实际速度高于设定速度较多时使用较大的比例系数实现快速减速，而在加速和速度差不大时使用较低的比例系数，减小系统的震荡，降低驱动芯片的发热量。
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第五章 开发工具及制作调试过程
5.1 开发工具介绍
5.1.1 硬件开发工具
设计电路时使用Protel DXP 2004进行设计。Protel DXP 2004是一种EDA（Electronic Design Automation,电子设计自动化）设计软件，主要用于电路的设计、仿真及印刷电路板（PCB）的制作。它还提供超高速集成电路硬件描述语言的设计工具（VHDL）。
（1）.Protel DXP 2004的组成
Protel DXP 2004是Windows XP/NT操作平台下全32位电子设计系统，它由四个部分组成：
原理图设计（SCH）：主要用于原理图设计，生成{*.schdoc}文件，为PCB的设计做好前期准备。它也可以用来单独设计电路原理图或制作生产线上使用的电路装配图，如图5.1所示：
图5.1原理图设计版面
印刷电路板设计（PCB）：主要用于PCB图的设计，生成（*.PCBdoc）文件将直接用于PCB的生产中，如图5.2所示：
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