智造未来,技术驱动

同济大学TU-Smart智能车队,专注于智能车核心技术研发,涵盖计算机视觉、控制算法、PCB设计、嵌入式系统等前沿领域,用技术创新推动智能驾驶发展。

图像识别
PID控制
SLAM算法
PCB设计
嵌入式开发
神经网络
逆透视变换
无线充电

计算机视觉技术

图像处理与识别

我们深入研究计算机视觉在智能车领域的应用,开发了多种高效的图像处理算法,实现精准的环境感知和决策控制。

  • 车道线检测与跟踪
  • 交通标志识别
  • 目标检测与避障
  • 逆透视变换(IPM)
  • 图像去畸变处理
  • 多传感器融合
  • 实时图像处理优化

通过深度学习和传统图像处理算法的结合,我们的系统能够在复杂环境中准确识别道路特征,为智能车提供可靠的导航信息。

// 车道线检测算法示例
def detect_lane_lines(image):
    # 图像预处理
    gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    blur = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 0)
    edges = cv2.Canny(blur, 50, 150)

    # 霍夫变换检测直线
    lines = cv2.HoughLinesP(edges, 1, np.pi/180, 50, minLineLength=100, maxLineGap=50)

    return process_lines(lines)

计算机视觉处理流程

图像采集 → 预处理 → 特征提取 → 目标识别 → 决策输出

从原始图像到控制指令的完整处理链路

核心控制算法

智能控制算法体系

PID控制算法

实现精准的速度和方向控制,通过参数自整定优化系统响应,确保车辆稳定运行在各种赛道条件下。

error = target - current;
integral += error * dt;
derivative = (error - prev_error) / dt;
output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;

模糊控制

处理不确定性和非线性系统,提高车辆在复杂环境中的适应能力,实现更智能的决策控制。

卡尔曼滤波

多传感器数据融合,消除噪声干扰,提供更准确的状态估计,提升系统鲁棒性和可靠性。

路径规划

基于A*、Dijkstra等算法实现最优路径规划,结合实时环境信息动态调整行驶路线。

传感器融合

整合多种传感器数据,构建完整的环境感知系统,提高智能车的环境适应能力。

  • 摄像头数据处理
  • IMU姿态解算
  • 超声波避障
  • 电磁传感器
  • 激光雷达点云
  • 多源数据同步
// 传感器数据融合
fused_data = kalman_filter(
  camera_data, imu_data, lidar_data
);

机器学习应用

将机器学习算法应用于智能车控制,实现更智能、更自适应的驾驶行为。

  • 神经网络控制
  • 强化学习调参
  • 特征提取优化
  • 模型压缩部署
  • 实时推理优化
  • 数据增强技术

实时系统优化

针对嵌入式平台进行算法优化,确保系统实时性和稳定性,满足竞赛要求。

  • 算法复杂度优化
  • 内存管理优化
  • 多线程调度
  • 中断处理优化
  • 实时性保障
  • 性能监控系统

PCB电路设计

PCB设计架构

电源管理 → 主控MCU → 传感器接口 → 电机驱动 → 通信模块

模块化电路设计架构

专业电路设计

我们自主设计开发智能车专用电路板,从原理图设计到PCB布局,从元件选型到焊接调试,全流程掌握硬件开发技术。

  • Altium Designer专业设计
  • 高速信号完整性分析
  • 电源管理系统设计
  • EMC/EMI防护设计
  • 无线充电系统
  • 传感器接口电路
  • 电机驱动电路

通过严谨的电路设计和测试验证,确保硬件系统的稳定性和可靠性,为智能车提供坚实的硬件基础。

PCB设计模块

主控板

STM32 + 外围电路

基于STM32系列MCU,集成各种外设接口,实现核心控制功能。

电机驱动板

H桥驱动电路

采用H桥驱动电路,实现电机的精确控制和双向驱动。

传感器接口板

多传感器集成

集成摄像头、IMU、超声波等多种传感器接口,提供丰富的环境感知能力。

电源管理板

多路稳压输出

提供多路不同电压输出,满足各模块的供电需求,确保系统稳定运行。

嵌入式系统开发

MCU开发

基于多种微控制器平台进行嵌入式开发,充分发挥硬件性能,实现高效稳定的控制系统。

  • STM32系列开发
  • RTOS实时操作系统
  • 外设驱动开发
  • Bootloader设计
  • 固件升级系统
  • 低功耗优化
  • 硬件抽象层设计
// STM32 GPIO初始化
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

通信协议

实现多种通信协议,确保系统各模块间高效可靠的数据传输。

  • CAN总线通信
  • UART串口通信
  • SPI/I2C协议
  • 无线通信模块
  • 自定义通信协议
  • 数据校验机制
  • 通信故障处理

系统架构

设计模块化、可扩展的系统架构,提高代码复用性和维护性。

  • 分层架构设计
  • 模块化编程
  • 状态机设计
  • 事件驱动架构
  • 配置管理系统
  • 日志记录系统
  • 调试接口设计
// 状态机实现
switch(current_state) {
  case IDLE:
    if(start_condition) {
      current_state = RUNNING;
    }
  break;
  case RUNNING:
    // 执行运行逻辑
  break;
}

技术成果与荣誉

全国大学生智能汽车竞赛

  • 2024年完全模型组全国一等奖
  • 2023年室外越野组全国一等奖
  • 2019年创意组全国一等奖
  • 2016年创意组全国一等奖
  • 2013年创意组全国总决赛一等奖
  • 2011年创意组全国总决赛一等奖

Carolo-Cup国际赛事

  • 2019年动态赛第三名
  • 2019年静态赛第三名
  • 2019年总成绩第三名
  • 2018年首次参赛总成绩第四名

技术创新成果

  • 自适应PID控制算法
  • 多传感器融合系统
  • 实时图像处理框架
  • 无线充电解决方案
  • 智能路径规划算法
  • 嵌入式AI推理引擎