徐中林，范俊宇，高畅

（沧州师范学院，河北沧州，061001）

1 系统硬件方案

系统硬件由主控板、PWM转换板、电机、舵机、电池、轮胎。从上到下依次为控制层、电机驱动层。控制层以树莓派微处理器为主控电路，PWM芯片选型PCA9685，电机驱动层主要以电机驱动电路、电源组成，为四轮车提供动力，在小车主控板的选择上，可以选择arduino，STM32，树莓派以及英伟达的jepson 系列，树莓派与嵌入式微控制器（STM32）和arduino相比，除了相同的IO引脚控制之外，还可以运行相应的操作系统，完成更复杂的任务管理与调度，能够支持更上层应用的开发，开发语言可选用Python、C语言，对于视觉处理、复杂数据处理有很大的优势。

如果有条件可以选用Jetson Xavier NX，相比树莓派4B 系列采用的VideoCore VI是经典的双重Shader架构（性能只有数+G Flops而英伟达的基于Volta架构，Jepson Xavier NX有48个Tensor内核，提供了6.8T Flops的FP16算力。内包含 两 个 DLA（Deep Learning Accelerator），支 持FP16和INT8，总计有21T Flops，性能相差数百倍，但是价格也很昂贵。

本文采用的是市场成熟廉价的树莓派4B。文中提及两套方案，可依据不同的处理器选用不同的算法。

小车在行驶过程中，需要大量视觉信息，故采用广角视觉传感器。拍摄角度为130°。

马达以及舵机控制模块，采用16路PWM控制模块PAC9685模块，该模块可以通过I2C通信模式，实现对多路电机舵机控制，能耗低，调节方便。

由于下位机采用树莓派微处理器进行设计，对于PAC9685多路PWM控制模块拥有集成库，开发较为容易，且能耗低，在使用时仅需要读取I2C地址，即可调用库实现对电机驱动模块，舵机的控制。

2 端到端控制系统及算法设计

本章内容是全文的核心，先介绍小车系统的设计，再介绍端到端控制系统算法的设计与实现过程，并从理论上阐述设计算法设计要素。……