深度神经网络控制的巡线智能车
■ 简介
Michal Nand 在网站 HACKADAY.IO 上通过博文 Motoku Uprising Deep Neural Network 介绍了他利用卷积神经网络来帮助控制巡线智能车更加平稳快速运行的技术方案。特别是对神经网络的结构、训练、部署等方面进行了详细的介绍。
智能车的任务相对比较简单,就是在平面赛道上,沿着彩色导引线(大部分是黑色)从出发点运行到终点并折返到出发点。其中赛道上一段有一块砖头作为障碍物。
▲ 利用神经网络控制的巡线智能车
在作者的方案中,智能车运行大部分控制算法都采用了常规的PID、逻辑判断都算法。他使用了CNN根据车模运行过程中,通过传感器搜集到的二维路面数据来对赛道的种类进行分类判断,并通过调整车模速度来适应不同赛道的情况,达到又快又稳的目的。
□ 机械结构
1.硬件构成
这款智能车的硬件配置包括有:
- 嵌入式控制器:STM32F303,Cortex M4F 72MHz
- 电机驱动其:使用了TI DRV8834低电压双相步进电机驱动器
- 电机型号:Pololu HP电机,减速齿轮箱1:30,带有磁编码器
- 轮胎:Poloku 28mm的轮胎,高黏着力
- 惯性导航器件:LSM6DS0
- 巡线传感器:八个绿光(540nm)光电传感器,三个红外障碍日干起
- 电源:180mAh, LiPol 2S
- 编程结构:使用USB通过Bootloader完成程序下载。
▲ 智能车的硬件构成
2. 组成器件
序号 | 种类 | 数量 | 型号 |
---|---|---|---|
1 | MCU | 1 | STM32F303 72MHz ARM Cortex M4F |
2 | 电机驱动 | 1 | TI DRIV8834 |
3 | 电机 | 2 | 1:30 PoloHu,具有磁编码器 |
4 | 轮胎 | 2 | Pololu直径28mm |
5 | 巡线传感器 | 8 | 540nm光电光电传感器+白色补光LED |
6 | 红外传感器 | 3 | 表贴红外传感器+红外LED |
7 | 惯性传感器 | 1 | IMU LSM6DS0 陀螺仪+加速度计 |
□ 控制算法
1.控制调试界面
“磨刀不误砍柴工”。作者还是离OPENGL开发了用于调试的应用软件。可以通过界面:
- 显示八个巡线光电传感器的原始数值
- 显示电机的状态:速度、编码器值
- 显示惯性传感器的状态;
- 显示神经网络分类处理过程
- 显示通过串口获得的 原始数据
▲ 编程调试界面
2. 智能车控制软件要点
智能车软件的主要的功能和指标为:
- 通过二次插值算法,通过八个光电传感器获得更加精确的赛道到引线位置
- 主程序控制频率为:200Hz
- 方向调节器:采用PD进行方向控制
- 电机速度控制:采用双串级PID控制完成电机速度控制
- 对赛道到引线预测:在直线赛道加速前行;在曲线拐弯时刹车慢行;通过深度神经网络进行赛道识别和控制
- 控制软件使用C++编程
- 神经网络训练:采用GPU加速网络训练
▲ 智能车的软件控制框架
3. 神经网络用于引导线的预测
利用深度卷积神经网络完成对导引线的预测和分类:
- 根据导引线的种类控制运行速度:直线时快速通过,曲线时减速慢行
- 使用DenseNet:稠密连接卷积神经网络完成对赛道引导线类型的分类
- 输入数据为8×8传感器数据矩阵。总共有八个配列成直线的光电传感器,使用运行前后相邻八条数据组成8×8的数据矩阵
- 输出物种曲线类型:两种右拐,两种左拐,一种直线
▲ 神经网络结构图
训练样本采用人工生成的仿真数据训练神经网络:
- 训练样本的个数:25000
- 测试样本的个数:5000
- 数据增强: Luma噪声, White噪声
▲ 输入训练数据样本
下图给出了DenseNet的网络结构。由于是部署在单片机STM303中允许,作者在网络的鲁棒性以及运行速度方面进行了权衡。网络运行频率为200Hz,所以网络执行时间必须小于5毫秒。为了达到这个目的,作者选择了DenseNet来提高计算效率,它比纯卷积神经网络使用更少的卷积核。
▲ 神经网络的结构
最终网络的识别准确率达到了95% 的精度。
4.网络最终结构
CNN神经网络的结果参数如下:
网络层 | 网络层类型 | 输入特征图张量尺寸 |
---|---|---|
1 | 卷积3×3×4 | 8×8×1 |
2 | MAX POOLING 2×2 | 8×8×4 |
3 | 稠密卷积3×3×4 | 4×4×4 |
4 | 稠密卷积3×3×4 | 4×4×8 |
5 | 全连接层 输出5 | 4×4×12 |
▲ 神经网络的各层结构参数
5.将网络部署到单片机中
为了能够在32位单片机中执行神经网络,对网络进行了如下的改动:
- 将所有的浮点数修改成int8_t
- 将尺度权重转换到8bit范围
- 使用双缓存技巧节省内容,公用两个内存缓存来计算所有层的数据
▲ 双内存缓存的模式
※ 结论
通过本文作者介绍的车模控制中的CNN网络的应用,了解了对于嵌入式单片机中使用神经网络的一半方法。
本文中的神经网络应用还属于辅助控制方面。也许通过部署更加强大算力的单片机,使用更加复杂的算法可以完成智能车自主学习的目标。这方面也为今年全国大学生智能汽车竞赛中的AI电磁组给出了一定的参考意义。
留言:桌大大 可以点一首光辉岁月么?过几天就要返校准备比赛了,为了大一的梦想。
深度神经网络控制的巡线智能车相关推荐
- 花卉识别python_基于深度神经网络的安卓移动端智能花卉识别算法研究
基于深度神经网络的安卓移动端智能花卉识别算法研究 基于深度神经网络的安卓移动端智能花卉识别算法研究 一.深度学习简介及开发环境搭建 二.深度可分离卷积MobileNets模型 三.VGG与Mobile ...
- PID控制介绍以及在智能车中的应用
第一篇博客--PID控制 一. PID介绍 二.PID在智能车中的应用 假期留在学校进行电赛培训,顺便跟着同学搞了几个项目.因为电赛和项目都需要用到PID技术,对PID有了一些了解,半分享半记录于此. ...
- 基于深度神经网络的安卓移动端智能花卉识别算法研究
介绍目录: 一.深度学习简介及开发环境搭建 二.深度可分离卷积MobileNets模型 三.VGG与MobileNets计算复杂度对比 四.实验结果及讨论 1.1 Anaconda的搭建 Anacon ...
- android控制树莓派蓝牙,树莓派智能车AlphaBot教程12:蓝牙控制
一.安装蓝牙依赖库 升级安装蓝牙相关软件包 cpp代码:sudo apt-get update sudo apt-get upgrade -y sudo apt-get dist-upgrade -y ...
- 巡线机器人 - PID控制 - 安卓设置
巡线机器人 - PID控制 - 安卓设置 原文 该项目的目的是构建具有PID控制的巡线机器人.我们还将使用Android设备轻松设置主要控制参数,以便更好,更快地进行调谐.项目中用到的舵机也可用MG9 ...
- 智能车电磁组——基本控制篇
智能车电磁组--基本控制篇 前言 滤波 什么是滤波 常见的软件滤波 1. 限幅滤波(又称程序判断滤波法) 2. 算术平均滤波法 PID控制 什么是PID控制 舵机控制 电机控制 目标速度的设置 前言 ...
- 智能车竞赛技术报告 | 智能车视觉 - 山东大学(威海) - 山魂五队
简 介: 本文详细介绍了山东大学(威海)山魂五队在第十六届"恩智浦"杯全国大学生智能汽车竞赛智能视觉组中的系统方案,包括硬件电路设计.机械结构设计.巡线算法以及识别算法的设计等.本 ...
- 智能车竞赛技术报告 | 智能车视觉 - 中国矿业大学 - 会飞的车
简 介: 本文以第十六届全国大学生智能车竞赛为背景,介绍了 AI视觉四轮智能车系统的软硬件结构和开发流程.采用大赛组委会指定的 C型车模,以恩智浦 32位微控制器 MIMXRT1064最小系统板作为核 ...
- 智能车竞赛技术报告 | 单车拉力组 - 沈阳航空航天大学 - 青梅绿茶队
简 介: 本设计以第十六届全国智能车大赛为背景,车模使用大赛单车拉力组指定的 K型车模,以宏晶STC16F为主控,外加自行设计的母板.驱动板和前置运放模块,配备MPU6050陀螺仪.512线编码器.聚 ...
最新文章
- python⾯向对象学员管理系统
- 多媒体个人计算机能处理什么,多媒体计算机可以处理的信息类型有哪些
- 【视频】云信CTO阙杭宁:IM云开发经验分享
- 计算机国际安全顶级会议
- eclipse在调试的时候,打断点可以先打断点进入调试模式,进入调试模式后再打断点。...
- Qt5 QtQuick系列----QtQuick的Secne Graph剖析(1)
- 外网访问群晖设置ddns教程
- win7 professional 英文版 改 中文
- 教你如何查看已经撤回的微信消息!
- 搜索功能支持大小写模糊查询
- 使用sendBeacon进行前端数据上报
- 时间脱敏,也许能稍稍帮助你摆脱焦虑
- 计算机研究生报录比高的学校,报录比最高专业TOP10!就离谱!
- 创新案例|语言教育App头牌Duolingo如何重新点燃用户增长350%
- 伙伴云CEO戴志康:Discuz !之后,打造数字化武器,助力元气森林们做爆品
- iOS隐私新规如何破局?盗版SKAdnetwork可行吗?
- uniapp页面不能触发onReachBottom事件
- 能力是由短板决定的 交朋友的一个原则就是自己够朋友 from 纸牌屋2
- C语言数组——交换位置
- Python 练习实例100例—1
热门文章
- Objective-c——UI基础开发第十二天(相册展示)
- JavaScript打印杨辉三角
- Linux内核进程调度的时机和进程切换
- Table嵌套去掉子table的外边框
- 【已解决】mysql连接出错:ERROR 1040 (HY000): Too many connections
- linux内核seq_file接口
- 【晒出你的第83行代码】踌躇满志的三位高中生,以敬畏之心踏上了代码征程...
- 企业根CA方法客户机证书的解决方案,ISA2006系列之三十
- selenium python自动化文件下载_selenium+python自动化79-文件下载(SendKeys)【转载】...
- android跳转到支付宝扫码,【笔记】通过adb shell启动支付宝扫码登录