《大学一队技术报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学一队技术报告（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 三 届“飞 思 卡 尔”杯 全大 学 生智 能 汽 车 技 术 报 告学 校：XX 大学队伍名称:参赛队员:带队教师:摘 要智能汽车是未来汽车发展的趋势，它体现了自动控制、人工智能、传感技术、机械、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合。本文是在长安大学参加第三届飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛背景下创作的。具体介绍了一种基于光电传感器的智能寻迹小车的设计和实现。智能小车系统以Freescalel6位单片机MC9s12DG128作为系统控制处理器，采用基于光电传感器的信号采样模块获取赛道黑线信息，通过PID控制策略和PWM控制技术对智能小车的转向和速度进行控制。使小车能够自主识别黑色引导
2、线并根据黑色引导线实现快速稳定的寻线行驶。论文分析了智能小车系统的设计方案，详细介绍了小车控制系统的软硬件设计，包括传感器模块、驱动电机模块、转向舵机模块、测速模块等，并详细介绍了软件设计，最后，介绍了智能小车的整体调试、测试。结果表明，智能小车系统工作稳定，能较好的满足控制要求。关键词：智能小车系统，MC9S12DG128,光电传感器，速度检测，IABSTRACTIntelligent vehicle represents the development direction of automobiletechnology.It embodies the automatic control,a
3、rtificial intelligence,sensortechnology,machinery,computers and many other areas of the intersection oftechnology and integrated.This paper is bom under the background of the thirdFreescale Cup National Undergraduates Intelligent Car Contest in changanUniversity.The intelligent car system,with the F
4、reescale 16-bitsingle-chipMC9S12DG128 as its control microprocessor,uses signal acquisition module toobtain lane image information,and adopts signal PID control strategy together withPWM technology to have a control on the steering angle and speed of the system.Themain function that the intelligent
5、car may achieve is that the car should track theblack-guide-line automatically and move forward following the line as fast and stableas possible.This paper gives an overall design blueprint of the intelligent car system,introduce the hardware design including signal acquisition module,power supplymo
6、dule,motor drive module,servo motor module,velocity collection module andetc.And the intelligent car of the mechnical structure and adjustment metod.Finally,onthe smart cars overall debugging and testing.The results show that the smart carhardware system stability,better able to meet the requirement
7、s of control.KEY WORD：Intelligent Vehicle System,MC9S12DG128,Photoelectric sensor,Speed detection,Mechanical structureII目录第 一 章 引 言.11.1 总体方案介绍.11.2 相关文献综述.11.3 本文的主要内容.2第二章赛车系统整体设计.42.1 智能车系统分析.42.2 系统硬件结构设计.42.3 系统软件结构设计.5第三章赛车机械结构调整.63.1 智能小车的整体结构.63.2 智能车运动学状态方程.73.3 前轮定位参数的选择.93.3.1 主销后倾角.93.3.
8、2 主销内倾角.103.3.3 前轮外倾角.113.3.4 前轮前束.113.4 差速器的调整.123.5 齿轮传动机构调整.123.6 其他机械模块调整.13第四章路径识别模块.144.1传感器的选择与安装.144.L 1传感器的选择.144.1.2传感器的安装.154.2 电路模块.174.3 路径识别算法.194.3.1 二值化路径识别算法.194.3.2 归一化连续路径识别算法.21第五章赛车转向模块.245.1 舵机的安装.245.2 舵机的控制.25III5.3转向控制算法.255.3.1 转弯半径的计算.265 3 2 转向系统的标定.265 3 3 转向控制算法的数学模型.31
9、第 6 章 赛车驱动模块.346.1 硬件电路设计.346.2 车速控制算法.366.2.1 速度给定值Se ed speed的确定.376.2.2 当前速度的获取.39第 7 章 智能小车系统调试.427.1 开发调试工具.427.2 智能小车硬件的调试.427.3 智能小车整体调试.447.3.1 实验赛道环境及参数.447.3.2 智能小车整体调试与结果.44第 8 章 结 论.468.1 总结回顾.468.2 未来寄语.47参考文献.50IV第 一 章 引 言1.1 总体方案介绍仔细研究比赛规则和竞赛要求，我们对智能小车系统设计的基本策略作出以下分析：第一，智能小车竞赛是基于同一开发平
10、台上设计的小车竞速比赛，因而智能小车的速度和稳定性是决定比赛成绩的关键。在保证智能小车稳定行驶的前提下，车速越高，比赛成绩就越好。因此，在智能小车的设计中应该遵循稳中求快的基本原则。第二，智能小车需要实现自主寻迹，因而需要选择合适的寻线传感器。目前普遍采用的寻线方案主要有光电管寻迹和CCD摄像头寻迹。光电管通过红外收发管检测接收到的反射光强弱，以此判断赛道黑线，具有反应速度快，电路简单，检测信息速度快，成本低的优点；CCD摄像头则是通过图像采集，动态拾取路径信息来进行寻线判断。采用CCD摄像头寻迹则能大幅度提升小车的前瞻距离，有利于小车提高车速。但是它是以实现小车视觉为目的的，电路设计复杂，检
11、测信息更新速度慢，数据处理量比较大，算法较为复杂。基于上述考虑，我们选择红外光电管作为寻线传感器。第三，转向控制系统中最重要的部分是舵机。智能小车采用的是Futaba牌舵机，型号为HS-3010,该舵机扭力大，稳定性好，控制角度精确，但是响应灵敏度较差，存在严重的机械滞后，而舵机的响应速度直接影响模型车通过弯道时的最高速度，提高舵机的响应速度是提高模型车平均速度的一个关键。为了提高舵机的响应速度，我们安装了双舵机，分别对左前轮和右前轮进行控制，从而大大提高了舵机的灵敏性。第四，由于速度是比赛的关键，那么在智能小车的设计中设计一个好的电机驱动电路至关重要。试验中发现，MC33886电机驱动芯片存
12、在发热严重的问题，所以智能车的电机驱动没有采用MC33886芯片，而是采用了基于H桥驱动电路的PWM控制技术，方便地实现电机的正转和制动。1.2 相关文献综述智能车比赛以快速平稳地完成赛程为目标，要求赛车能够快速准确地检测黑色引导线，及时作出合理的控制并迅速执行。在设计和制作过程中必须保证1第三届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告硬件和软件两方面都能达到快速，稳定的目标。硬件是智能小车运行的基础，对小车机械系统的调整重点参考了黄开胜、陈宋的 汽车理论与智能模型车机械结构调整方法，该文详细介绍了汽车系统动力学的基本理论，为小车的机械改装提供了有力的理论支持O 智能小车的设计制作方案主要参考的是卓晴
13、等老师编撰的 学做智能车一书。该书将第一届全国大学生智能车竞赛各参赛队的技术方案进行了详细的介绍和总结，对智能车的设计提出了许多很有价值的建议。与硬件设计一样，软件的设计中主要考虑了赛道状况的判断，根据赛道状况进行加速减速的实现，以及小车所走路经的最优选择等。通过软件的功能保证小车以稳定为前提下，用最短的时间完成比赛。主要参考周斌、李立国、黄开胜的 智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究。邵贝贝13】文中详细介绍了如何在S12系列单片机上进行程序代码编译和CodeworriorlDE编译器使用方法。对程序调试和软件开发提供了很好的参考和学习内容。同时，对于S12芯片的寄存器设置和操作，参考了
14、Freescale的S12相关资料 。1.3 本文的主要内容本技术报告正文部分总共分为8 个章节，其中第1 章是引言部分，介绍智能车比赛的相关背景；第 2 章介绍赛车系统整体设计，分析智能车的系统方案；第 3章对赛车机械结构进行调整，并讨论了小车的运动学状态方程，为后面研究路径规划和控制方式打下基础。第 4 章介绍路径识别模块的硬件结构和软件识别算法，为后面的转向控制提供控制信息。第 5 章介绍了赛车的转向模块，包括舵机的安装和转向控制算法。第 6 章介绍赛车的电机模块，首先介绍了电机的驱动电路，然后对车速控制算法进行介绍。第 7 章介绍了智能车的软件开发和调试环境，先进行软件调试与仿真，再在
15、赛道上进行试车调试，最后进行智能车的整体调试。第 8 章对设计中遇到的问题进行总结，并对今后的改进方向做出展望。2第二章赛车系统整体设计2.1 智能车系统分析在满足大赛要求的前提下，设计的智能小车应具有良好的自主道路识别能力和稳定性，并能以较快的速度行驶。因此，智能小车系统的设计主要包括以下两部分：1、完成智能小车控制器的硬件电路设计，根据大赛要求，调整和改进智能车模的机械结构，最大限度的发挥小车的性能。2、结合软件算法，使小车转向准确、稳定，能够安全通过各种弯道和十字交叉路口。在保证智能车可靠运行的前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减轻系统负载，提高智能车的灵活性，同时应充分发挥创新原则，以简
16、洁但功能完美为出发点，并以稳定性为首要前提，实现智能车快速运行。作为能够自动识别道路运行的智能汽车，信息处理与控制算法至关重要，主要由运行在单片机中的控制软件完成。因此，控制软件的设计是智能车的核心环节。2.2 系统硬件结构设计经过分析整个智能车系统，可知系统完成的功能如图2.1所示。电源管理模块-忸_ _ _ _电机小（动模块路径识别模块-,/、MC9S12DG128直流电机速度检测模块=|转 向 舵 机 控 制图2系统硬件结构框图4其 中 MC9S12DG128是系统的核心部分。它负责接收赛道信息、小车速度等反馈信息，并对这些信息进行恰当的处理，形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。电源管理模块主要为单片机及路径识别电路、转向舵机、后轮驱动电路三大部分提供稳定的直流电源。路径识别模块由S12的 A D 模块、传感器和外围电路组成。其功能是获取前方赛道的信息，以供S12作进一步分析处理。速度检测模块由S12的增强型捕捉计数模块、传感器和外围电路组成，通过检测赛车的实时车速为赛车的车速控制提供控制量。舵机模块和电机驱动分别用于实现小车转向和驱动。2.3系统软件结构设计如果说系统硬
