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1、 第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告1第九届“飞思卡尔“杯 全国大学生智能汽车竞赛 技 术 报 告广州大学华软软件学院South China Institute of Software Engineering .Gu学 校: 广州大学华软软件学院队伍名称: 华软电子一队参赛队员: 欧阳志浩 陈超 郑安平带队教师: 夏国清第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告2关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组 委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公
2、开参赛作品的设计方案、 技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会 出版论文集中。参赛队员签名：欧阳志浩 陈超 郑安平带队教师签名： 夏国清 日 期： 2014. 8. 12 第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告3摘要 本文以第九届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了两轮自平衡智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。该比赛采用大赛组委会统一指定的D型车模，以Freescale半导体公司生产的32位单片机MK60FX512VLQ15 Kinetis AR-Cortex M4为核心控制器，在IAR 开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上通过摄像头采集信息加以
3、处理，以最快的速度完成比赛。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，对比了不同方案的优缺点，并结合我们只做的波形上位机来调试图像信息，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。车模使用飞思卡尔加速度传感器MMA7361以及村田公司ENC-03陀螺仪调节平衡，获取车模直立姿态。通过二轮差速进行车模的转向。关键词：Freescale，智能车，摄像头，两轮子平衡ABSTRACT In the background of the 9th National Intelligent Car Contest for Colleg
4、e Students, this article introduces the software and hardware structures as well as the development flow of the vehicle control system of the intelligent car with two-wheel self balance. This contest requires the model to finish the race as fast as possible while following the camera imformation pas
5、ses through. We adopted D-type car model provided by the organizing committee, used the 32-bit MK60FX512VLQ15 Kinetis AR-Cortex M4 produced by Freescale Semiconductor Company as the core controller, and developed under the CodeWarrior IDE. The whole system includes the aspects of the mechanism struc
6、ture adjustment, the sensor circuit design and signal process, control algorithm and strategy optimization etc. In order to increase the speed and the reliability of the intelligent car, the advantage and disadvantage of the different schemes are compared, and testing with the wave software made by
7、ourself to analyse the camera imformation. At last, the current system structure and each control parameters are determined. It captures the road information through sensors consist of capacities and inductors. Angle signal can be got through hardware filter with ENC- 03, a gyroscope and MMA7361, a
8、3-axis accelerator produced by Freescale. The model changes its direction by the differential of two wheelsKey words: Freescale，intelligent vehicle, camera, two-wheel self balance第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告4目录 第一章 引言7 1.1智能车研究背景7 1.1.1发展历史7 1.1.2智能车研究方向7 1.1.3智能车研究前景8 1.2飞思卡尔智能汽车比赛介绍9 1.2.1飞思卡尔智能汽车竞赛简介9
9、 1.2.2比赛规则介绍10 1.2.3材料限制规定10 1.2.4有关赛场的规定11 1.2.5裁判及技术评判11 1.2.6分赛区、总决赛比赛规则12 1.2.7其他14 第二章 车模整体设计方案15 2.1两轮自平衡智能车整体框架15 2.2赛道信息识别15 第三章 车模机械设计17 3.1整体车照17 3.2车模连接处改造17 3.3车模编码器安装18 3.4陀螺仪与角度传感器安装位置20 3.5红外安装位置20 3.6车模整体硬件安装21 第四章 车模硬件电路设计21 4.1主控芯片21 4.2电机驱动模块22 4.3陀螺仪与角度传感器：24 4.4升压电路25 4.5模型车主要技术
10、参数说明26 第五章 软件设计26 5.1软件流程26 5.2附录代码：27 参考文献46第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告5第一章第一章 引言引言1.1智能车研究背景1.1.11.1.1发展历史发展历史智能小车系统是迷你版的智能汽车，二者在信息提取，信息处理，控制策略及系统搭建上有很多相似之处，可以说智能小车系统将为智能汽车提供很好的试验和技术平台，推动智能汽车的发展。摄像头作为很多智能汽车的信息输入的传感器具有其他很多传感器所不具有的优势，如对物体的特征提取，视野宽广等，因此基于摄像头的智能小车系统的研究将推动智能汽车的发展。智能汽车是未来汽车的发展方向，将在减少交通事故、发展
11、自动化技术、提高舒适性等许多方面发挥很重要的作用；同时智能汽车是一个集通信技术，计算机技术，自动控制，信息融合技术，传感器技术等于一身的行业，它的发展势必促进其他行业的发展，在一定程度上代表了一个国家在自动化智能方面的水平1。汽车在走过的 100 多年的历史中，从没停止过智能化的步伐，进入20 世纪 90 年代以来，随着汽车市场竞争激烈程度的日益加剧和智能运输系统（ITS）地兴起，国际上对于智能汽车及其相关技术的研究成为热门，一大批有实力有远见的大公司、大学和研究机构开展了这方面的研究。很多美国、日本和欧洲等国家都十分重视并积极发展智能车系统，并进行了相关实验，取得了很多成就。我国的相关研究也
12、已经开展，清华大学成立了国内最早的研究智能汽车和智能交通的汽车研究所，在汽车导航、主动避撞、车载微机等方面进行了广泛而深入的研究，2000 年上海智能交通系统进入实质性实施阶段，国防科大研制出第四代无人驾驶汽车，西北工业大学、吉林交通大学、重庆大学等也展开了相关研究2。这一新兴学科正在吸引越来越多的研究机构和学者投入其中。1.1.21.1.2智能车研究方向智能车研究方向驾驶员行为分析（Driver Behavior Analysis）任务：研究驾驶员的行为方式、精神状态与车辆行驶之间的内在联系；目的：建立各种辅助驾驶模型，为智能车辆安全辅助驾驶或自动驾驶提供必要的数据，如对驾驶员面 表情的归类
13、分析能够判定驾驶员是否处于疲劳状态，是否困倦瞌睡等；第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告6环境感知（Environmental Perception）主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，如车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息、行车标志信息等；极端情况下的自主驾驶（Autonomous Driving on Extreme courses）主要研究在某些极端情况下，如驾驶员的反应极限、车辆失控等情况下的车辆自主驾驶； 规范环境下的自主导航（Autonomous Navigation on Normal environment）主要研究在某些规范条件下，如有人
14、为设置的路标或道路环境条件较好，智能车辆根据环境感知所获得的环境数据，结合车辆的控制模型，在无人干预下，自主地完成车辆的驾驶行为。车辆运动控制系统（Vehicle Motion Control Systems）研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等问题；主动安全系统（Active，Safety Systems）主要是以防为主，如研究各种情况下的避障、防撞安全保障系统等； 交通监控、车辆导航及协作（Traffic Monitoring，Vehicle Navigation and coordination）主要研究交通流诱导等问题； 车辆交互通信（InterVehicle Communic
15、ation）研究车辆之间有效的信息交流，主要是各种车辆间的无线通信问题；军事应用（Military Applications）研究智能车辆系统在军事上的应用；系统结构（System Architectures）研究智能车辆系统的结构组织问题；先进的安全车辆（Advanced Safety Vehicles）研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。 1.1.31.1.3智能车研究前景智能车研究前景智能车系统有着极为广泛的应用前景。结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适应巡航并把车开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；他也可以工作在仓
16、库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是很有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来，撞车就不会发生了。第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告71.2飞思卡尔智能汽车比赛介绍1.2.1飞思卡尔智能汽车竞赛简介飞思卡尔公司开发嵌入式解决方案的历史可追溯到 50 多年前，现在，已发展成为在 20 多个国家设有业务机构，拥有 20,000 多名员工的实力强大的独立企业。飞思卡尔公司专门为汽车、消费电子、工业品、网络和无线应用提供“大脑”。他们无比丰富的电源管理解决方案、微处理器、微控制器、传感器、射频半导体、模块与混合信号电路及软件技术已嵌入在全球使用的各种产品中。并拥有雄厚的知识产权，其中包括
