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1、第十届第十届“飞思卡尔飞思卡尔”杯全国大学生杯全国大学生智能汽车竞赛智能汽车竞赛技术报告技术报告学 校： 华北科技学院队伍名称： 华科电磁二队参赛队员： 王家兴 贺日升连鹏坤李全磊指导教师： 苗志全王江华 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十届全国大学生“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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： 带队教师签名： 日 期： 摘要摘要本智能车系统以
2、KL25P80M48SF0 微控制器为核心，通过电感检测模型车的运动位置和运动方向，用旋转编码器检测模型车的速度。使用 PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的角度，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高智能车的行驶速度和可靠性，我们使用液晶模块和无线模块、按键模块等调试手段，进行了大量底层和上层测试。实验结果表明，该系统设计方案可行。关键字关键字：KL25Z128VLK4、PID、液晶Abstract This intelligent car system KL25P80M48SF0 micro controller as the core, through the induc
3、tance detection model car position and direction of movement, with the speed of the motor speed detection model car. Using PID control algorithm to adjust the speed of the drive motor and steering Angle, to complete the model car movement speed and movement direction of closed loop control. In order
4、 to improve the speed and reliability of the intelligent vehicle, we use the LCD module and the wireless module, keys module debugging methods, such as a large amount of bottom and top test. The experimental results show that the system design scheme is feasible.Key words: KL25Z128VLK4, PID, LCD 目录第
5、一章 引言 .1第二章 模型车总体技术方案.22.1 系统模块设计基本要求.22.2 系统的整体架构 2第三章 各电路模块设计.43.1 最小系统电路与电源电路.43.2 传感器检测模块 63.3 电机驱动模块 .73.4 舵机安装 93.5 起跑线模块 93.6 运算放大器 .103.7 液晶模块和无线模块11第四章 系统的软件设计.124.1 程序流程 124.2 舵机转向和速度调节的 PID 控制算法.134.3 信号提取与赛道识别.174.4 调试手段 18第五章 整车的硬件改造.215.1 车模底盘 .215.2 智能车四轮定位参数的选择.215.3 智能车转向舵机调整优化245.4
6、 光电编码器 .25第六章 结论 .26参考文献 .27附录I1、模型车系统参数统计I2、转接板电路图及 PCBII3、车模源程序代码 .III第一章 引言全国大学生智能汽车竞赛是全国高等教育司委托高等学校自动化专业教学指导分委会主办，旨在培养创新精神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。该竞赛是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。在本次比赛中，本组使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，采用飞思卡尔 32 位微控制器 KL25Z128VLK4 作为核心控制单元， 自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控
7、制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制系统。本文主要对车模整体设计思路，硬件与软件设计及车模的装配调试过程作简要的说明。 根据自动化专业教学指导分委员会与飞思卡尔公司签署的有效期为 5 年的飞思卡尔公司协办全国大学生智能竞赛的合作协议书，竞赛由飞思卡尔公司提供统一的标准硬软件技术平台。各参赛队以飞思卡尔 HC12 单片机为核心控制模块，以引导改装后的模型汽车按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。组委会办公室技术组专家赴韩国汉阳大学交流访问，认真考察了其举办的多届智能汽车竞速比赛，在学习与总结其宝贵经验的基础上，为了保证
8、竞赛的普及性，规定每支参赛队伍三名成员中最多只能有一名研究生参加；为了保证竞赛的公平性，制定了多种赛道方案以及体现公平、透明的比赛规则；为了进一步训练大学生的科学技术研究素质，参赛队伍除了进行现场比赛之外，还须提交技术报告，并计入竞赛总分。为了使该竞赛向普及、健康的方向发展，成为在全国范围内大学生科技创意性的重要赛事，经自动化分教指委、飞思卡尔公司及组委会协商决定，在清华大学自动化系设立竞赛秘书处。 第二章 模型车总体技术方案 第二章 模型车总体技术方案根据本次大赛的特点，智能车的电路设计方案主要包括：电源模块，道路信息检测模块，测速模块，电机驱动模块，舵机驱动模块，无线发送和接收等。此次电磁
9、组已经是第二次出现在比赛中了，因此，怎么设计算法使智能车更快作为我们的重点。在比赛之初，通过分析研究往届优秀队伍的技术报告，并结合自身的实际情况，设计并提出了自己的设计方案。 2.1 系统模块设计基本要求制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，要求最快跑完全程而没有冲出跑道。对于小车的控制系统来说稳定性和快速性是控制系统设计的两个重要指标。智能车控制系统从硬件上分为电源模块、传感器模块、信号处理模块、电机驱动模块和单片机模块。各个模块设计有各自不同的要求：磁场检测传感器模块为智能车使智能车始终根据传感器反馈的信息来调整舵机转角。电机驱动模块是智能车的执行机构。其用
10、以控制驱动电机，通过 PWM 波对电机转速进行控制，使模型车可以加速运行，也可对智能车进行制动。电源模块是智能车运行的基础。其为系统其他各个模块提供所需要的电源，以保证各模块的正常工作。 单片机模块是智能车的核心，从硬件设计的角度来说，首先要保证其供电稳定，其次要对其部分功能模块如PWM 通道，定时器通道，AD 转换通道，锁相环等的进行编程，写入驱动程序，使其工作。从系统考虑，此模块最重要的是控制算法和控制程序的编写。只有通过软件和硬件的良好配合，才能保证智能车在跑道上根据磁场分布快而稳的前行。2.2 系统的整体架构该智能小车的主要组成部分有：车模、电池、驱动电机、舵机、电磁传感器、 测速编码
11、器、控制芯片及其它辅助电路。 系统结构框图如下图 2-1 所示：传传感感器器模模块块舵舵机机模模块块转转向向机机构构电电源源电电路路按按键键及及显显示示电电机机制制动动装装置置光光电电编编码码器器起起跑跑线线检检测测 霍霍尔尔元元件件接接口口电电路路KL25主主控控 核核心心电电路路前前桥桥中中桥桥后后桥桥图 2-1 系统结构框图第三章 各电路模块设计3.1 最小系统电路与电源电路为了减轻小车的负担，保证系统能够稳定的运行的同时保证快速的维修。我们设计了自己的最小系统并制成了 PCB 板，和功能模块转接板，构建最小系统。最小系统原理图如图 3-1 所示：RESET_bGNDR110kV33C3
12、11.0S0C14C12GNDV33C9C8 1.0C5 0.1C6 0.1L1VDDAGNDV33C3 0.1V33GNDC1 10F1300mAC4 10C2 0.1C15C13GNDVCCV33C2010C2110C2210VIN3GND1Vout2U2VCCVCC31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40J11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021
13、 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40J2VCCGNDGNDVCC3 VCC3VBUS1 D-2 D+3GND5ID4G0USB1GNDGNDVREGINUSB_DPUSB_DMR21kV33R31kD1D2PC16PC17GNDV33R42kD3PTE0/UART1_TX/RTC_CLKOUT/CMP0_OUT/I2C1_SDA1 PTE1/SPI1_MOSI/UART1_RX/SPI1_MISO/I2C1_SCL2 PTE2/SPI1_SCK3 PTE3/SPI1_MISO/SPI1_MOSI4 PTE4/SPI1
14、_PCS05 PTE56PTE20/ADC0_DP0/ADC0_SE0/FTM1_CH0/UART0_TX13 PTE21/ADC0_DM0/ADC0_SE4A/FTM1_CH1/UART0_RX14 PTE22/ADC0_DP3/ADC0_SE3/FTM2_CH0/UART2_TX15 PTE23/ADC0_DM3/ADC0_SE7A/FTM2_CH1/UART2_RX16PTE24/FTM0_CH0/I2C0_SCL24 PTE25/FTM0_CH1/I2C0_SDA25PTE30/DAC0_OUT/ADC0_SE23/CMP0_IN4/FTM0_CH3/FTM_CLKIN122 PTE3
15、1/FTM0_CH423USB0_DP9USB0_DM10VOUT3311VREGIN12VSS18 VSS239 VSS359VDD17 VDD238 VDD360 VDDA17VREFH18VREFL19VSSA20PTE29/CMP0_IN5/ADC0_SE4B/FTM0_CH2/FTM_CLKIN021PTA0/TSI0_CH1/FTM0_CH5/SWD_CLK26 PTA1/TSI0_CH2/UART0_RX/FTM2_CH027 PTA2/TSI0_CH3/UART0_TX/FTM2_CH128 PTA3/TSI0_CH4/I2C1_SCL/FTM0_CH0/SWD_DIO29 P
16、TA4/TSI0_CH5/I2C1_SDA/FTM0_CH1/NMI30 PTA5/USB_CLKIN/FTM0_CH231PTA12/FTM1_CH032 PTA13/FTM1_CH133 PTA14/SPI0_PCS0/UART0_TX34 PTA15/SPI0_SCK/UART0_RX35 PTA16/SPI0_MOSI/SPI0_MISO36 PTA17/SPI0_MISO/SPI0_MOSI37EXTAL040 XTAL041PTA20/RESET42PTB0/LLWU_P5/ADC0_SE8/TSI0_CH0/I2C0_SCL/FTM1_CH043 PTB1/ADC0_SE9/TSI0_CH6/I2C0_SDA/FTM1_CH144 PTB2/ADC0_SE12/TSI0_CH7/I2C0_SCL/FTM2_CH045 PTB3/ADC0_SE13/TSI0_CH8/I2
