嵌入式视觉导航智能小车系统

论文摘要

针对目前常见的自动导航小车的导航方式多采用铺设电磁轨道、激光或雷达定位等方式,硬件上多采用个人电脑,普遍带有工作柔性较差、体积过于庞大、造价昂贵等缺点,设计出了基于嵌入式系统的视觉导航自主小车系统。设计的主要内容有:硬件上,设计了一个以嵌入式处理器S3C2410为数据处理核心、以CPLD为PWM信号发生器的硬件系统;软件上,开发了一个以嵌入式操作系统ARM-Linux为核心的软件系统,从而完成了系统运行平台的设计。设计了一种有较好实时性的基于数字图像处理的路径提取方法,并完成了预瞄点的识别,设计了一种基于线性模型的车载摄像头标定方法,从而从数字图像中提取出了控制量。提出了一种三预瞄点的视觉路径跟踪策略,设计出了模糊-PID双模控制器,并对此控制器进行了简化以提高实时性。仿真实验表明,此控制器同时具有模糊控制和PID控制的优点,从而实现了路径的跟踪控制。在Linux环境下,采用Gcc软件编译器,运用C++语言编写程序代码,从而实现了系统的功能。实验结果表明,该自动导航小车能快速而准确的跟踪路径,实时性和鲁棒性达到了设计要求,具有高智能、小型化、低功耗、价格低廉等特点,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自动导航小车研究概况
• 1.2.1 AGV概述
• 1.2.2 AGV导航技术研究现状
• 1.2.3 视觉导航技术研究现状
• 1.3 嵌入式系统概述
• 1.3.1 嵌入式系统的定义和特点
• 1.3.2 嵌入式系统的发展现状
• 1.4 本课题的提出以及研究的目的和内容
• 1.4.1 本课题的提出
• 1.4.2 本课题研究的目的和内容
• 1.5 论文的章节安排
• 第二章 嵌入式视觉导航AGV总体设计
• 2.1 设计流程
• 2.2 VNTES-1系统整体方案设计
• 2.2.1 需求分析
• 2.2.2 整体方案设计
• 2.3 嵌入式开发板选型
• 2.4 嵌入式操作系统选择
• 2.5 小结
• 第三章 VNTES-1硬件系统设计
• 3.1 硬件系统总体设计
• 3.2 基于S3C2410的嵌入式模块
• 3.2.1 S3C2410微处理器
• 3.2.2 S3C2410的核心板电路设计
• 3.2.3 S3C2410的UART串口电路
• 3.2.4 JTAG接口电路
• 3.3 图像采集模块
• 3.3.1 摄像头结构
• 3.3.2 USB接口电路
• 3.4 基于CPLD的电机驱动模块
• 3.4.1 伺服电机PWM调速原理
• 3.4.2 基于CPLD的PWM信号发生器设计
• 3.4.3 电机驱动电路设计
• 3.5 车载电源模块
• 3.6 小结
• 第四章 路径识别策略研究
• 4.1 路径识别策略方案设计
• 4.2 基于嵌入式的实时图像处理
• 4.2.1 图像重采集
• 4.2.2 路径图像灰度化
• 4.2.3 图像模糊去噪
• 4.2.4 提取路径边缘信息
• 4.2.5 识别预瞄点
• 4.3 摄像头标定研究
• 4.3.1 图像深度信息损失
• 4.3.2 摄像头成像模型研究
• 4.3.3 车载式摄像头标定
• 4.3.4 摄像头标定实验
• 4.4 小结
• 第五章 路径跟踪策略研究
• 5.1 VNTES-1控制系统研究
• 5.1.1 预瞄控制策略
• 5.1.2 基于预瞄策略的控制量选取
• 5.1.3 VNTES-1的运动学模型
• 5.1.4 直流伺服电机模型
• 5.2 模糊-PID双模控制器
• 5.3 模糊控制器设计
• 5.3.1 模糊控制概述
• 5.3.2 模糊控制器结构设计
• 5.3.3 模糊化及模糊划分
• 5.3.4 模糊规则设计
• 5.3.5 模糊推理的简化
• 5.3.6 模糊控制的不足
• 5.4 PID控制器设计
• 5.4.1 PID控制器结构设计
• 5.4.2 PID参数整定
• 5.5 路径丢失处理
• 5.6 Matlab仿真实验
• 5.7 小结
• 第六章 软件系统实现
• 6.1 软件系统总体设计
• 6.2 软件系统平台构建
• 6.2.1 开发环境的建立
• 6.2.2 vivi的烧写
• 6.2.3 ARM-Linux内核的移植
• 6.3 图像采集软件设计
• 6.3.1 基于Video4Linux的开发
• 6.3.2 图像采集程序开发
• 6.4 图像处理软件设计
• 6.5 模糊-PID控制软件设计
• 6.6 小结
• 第七章 路面实验及总结与展望
• 7.1 路面实验
• 7.1.1 直线路径跟踪实验
• 7.1.2 圆弧路径跟踪实验
• 7.1.3 环形路径跟踪实验
• 7.1.4 虚线路径跟踪实验
• 7.1.5 自动寻找路径实验
• 7.1.6 实验结果总结
• 7.2 研究总结
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果