基于磁导航路径识别的智能车设计

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1、工学院本科生毕业设计（论文）基于磁导航路径识别的智能车设计软件设计The Design of Smart Car Based on Magnetic Navigation Path IdentificationSoftware Design总 计： 37 页表 格： 1 个插 图 ： 16 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）基于磁导航路径识别的智能车设计软件设计The Design of Smart Car Based on Magnetic Navigation Path IdentificationSoftware Design学 院（系）： 电子系 专 业： 自动化

2、 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 理工学院nstitute of Technology基于磁导航路径识别的智能车设计软件设计基于磁导航路径识别的智能车设计软件设计自动化专业 摘 要 本设计以飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128作为核心控制器，在智能车控制系统硬件设计的基础上，通过使用软件Freescale CodeWarrior对单片机编写控制程序，实现智能车的自动循迹。设计中利用电磁传感器采集道路磁场信息，通过信号采集、路径识别等算法，判断智能车的运行状态和路径形状；利用测速编码器进行速度检测，然后通过角度控制、速度控制等算法，

3、确定对电机和舵机的控制；最后结合硬件系统实现智能车速度和转向的自动控制，使智能车能够快速、稳定的跑完赛道。关键词 磁导航；路径识别；角度控制；速度控制 The Design of Smart Car Based on Magnetic Navigation Path IdentificationSoftware DesignAutomation Specialty Abstract: The design is based on the hardware design of intelligentvehiclecontrol system whose core controller is Fr

4、eescales16-bitmicrocontroller MC9S12XS128, and the intelligent vehicle achieves automatic tracking through executing control procedures by the use of Freescale CodeWarrior. The software design collects the magnetic information on the road by using electromagneticfieldsensors, judges the operational

5、status of intelligent vehicleand pathshape through thesignal acquisition and pathrecognitionalgorithm, detects speed through the use of speeddetectionencoder, then determinesthe control ofthe motor and steering gear through angle control and speed control algorithm, and finally achieves the automati

6、c controller of speed and steering of the intelligent vehicle by integrated with the hardware systems, so the intelligent vehicle can finish the track quickly and stability.Key words: Magnetic navigation; path identification; angle control; speed control目 录1 引言11.1 课题背景11.1.1 国外智能车研究概况11.1.2 国内智能车研究

7、概况21.1.3 应用前景21.2 本课题主要研究内容32 系统整体设计32.1 磁导航原理32.2 系统设计分析52.2.1 硬件设计分析52.2.2 软件设计分析73 软件设计83.1 传感器信号采集83.2 智能车偏移、转向和路径形状判断93.2.1 智能车偏移93.2.2 智能车转向103.2.3 路径形状103.3 角度控制算法103.3.1 十字路口113.3.2 其它路径123.4速度控制算法133.4.1 十字路口133.4.2 其它路径133.5智能车的启动与停止134编程与调试144.1 Freescale CodeWarrior V5.9软件及其应用144.2 编程思路1

8、74.2.1 主程序174.2.2 中断子程序174.3 系统调试184.3.1弯道184.3.2 十字路口194.3.3 其它19结束语20参考文献21附录22致谢31III1 引言1.1 课题背景十九世纪末，随着内燃机的诞生，人们发明了最现代化的交通工具汽车。经过一个多世纪的发展，汽车技术、性能有了很大的提高，人们充分享受到了汽车带来的巨大便利。但是，在享受汽车带来便利的同时，人们也发现汽车也给社会的发展带来了不少的损失，甚至危害到了人们的人身安全。由于公路客、货运输量的迅速增长，人们深受交通拥挤、堵塞严重、事故频繁和环境污染等公害的困挠。尤其是随着高速公路发展，汽车速度的提高，各类恶性交

9、通事故的发生呈不断上升趋势，给人们的生命财产造成了巨大的损失。这迫使人们采用高新技术以提高车辆的安全性、可靠性，以解决道路交通的公害问题。智能车辆的研究发展正是在这种背景下诞生的。1.1.1 国外智能车研究概况美国国家科学委员会曾预言：“20世纪的核心武器是坦克，21世纪的核心武器是无人作战系统，其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队，并走向战场。”为此，从80年代开始美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划，目标是研制出满足战场需要的智能车辆，可以在崎岖的地形上沿规划的路线自主导航及躲避障碍，必要时重新规划其路线。从此，在全世界掀开了全面研

10、究智能车辆的序幕，如DARPA的“战略计算机”、计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983-1990)、能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986-1995)、以及后来的空间机器人计划等等，另外，日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划、欧洲尤里卡中的移动机器人计划等。虽然智能车辆的研究起源于军事的要求，但是在其他领域的应用也有极大的价值，并且在研究上也取得了一定的成果。在太空探索方面，美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年成功登上火星，这是一个具有六个轮子的自主移动机器人。为了在火星上进行长距离探险，NASA又开始了新一代样机的研制，命名为Rocky7

11、，并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。在民用方面，智能车辆也有许多成功的例子。如日本的VERTIS智能汽车系统，该智能汽车主要有23个ITSZ子系统，主要用于实现车载通讯、信息加工处理、环境探测、辅助控制(自动驾驶)等四项功能。法国公路技术研究所技术顾问克洛德科贝表示，开展自动行驶控制系统研究是迈向公路交通无人驾驶的第一步，这一系统研制成功后，可以首先实现有人自动行驶。如在超车时，驾驶员只需根据计算机所提示的前方车辆行驶速度，输入有关最高限速等简单命令，计算机便会根据公路上的具体情况，自动调整速度和方向，并在绝对安全的情况下，实现超车。这将大大减少由驾驶员的判断和操作失误

12、导致的交通事故。1.1.2 国内智能车研究概况虽然我国对智能车辆的研究起步较晚，但是发展较快。1986年开始的高技术研究发展计划(863计划)制定了智能机器人主题的总体战略目标。1994年10月清华大学研制成我国第一台室外智能移动机器人THMR-III。之后，国防科技大学，北京理工大学，南京理工大学陆续开展了智能车辆的研究。我国清华大学计算机科学与技术系的人工智能与智能控制实验室已进行了多年的研究，并且取得了很大的成果。目前，他们研制的自主移动机器人实验车THMR-V已经能够在较复杂的环境自行行驶，他们在这个系统中采用激光雷达和摄像机来做视觉系统，并采用自己已有的先进的图像处理技术，进行信息识

13、别和处理，再进行智能控制实现汽车的运动。这就是我国目前最先进的智能自动驾驶汽车系统。为了更好的实现各项功能，他们正在进行进一步的研究和完善，使其在实际生活中得以应用。1.1.3 应用前景城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。然而，目前世界上许多大城市都面临着由私人汽车过度使用而带来的诸多问题，例如道路堵塞、停车困难、能源消耗、噪声污染和环境污染等，这些问题严重降低了城市生活的质量。优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。大容量城市公共交通，如地铁、轻轨等，其最大优点是空间利用率和能源利用率较高。然而，由于缺乏足够的时间、空间、运力灵活性，在客流量不

14、足的情况下，系统效率将大大降低，运营成本过高，难以大力推广和应用。回顾汽车发展的百年历史，不难发现其控制方式从未发生过根本性改变，即由人观察道路并驾驶车辆，形成“路人车”的闭环交通系统。随着交通需求的增加，这种传统车辆控制方式的局限性日益明显，例如安全性低（交通事故）和效率低（交通堵塞）。最新调查表明，95的交通事故是由人为因素造成，交通堵塞也大都与驾驶员不严格遵守交通规则有关。如果要从根本上解决这一问题，就需要将“人”从交通控制系统中请出来，形成“车路”闭环交通系统，从而提高安全性和系统效率。这种新型车辆控制方法的核心，就是实现车辆的智能化。智能车有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；也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外它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1。1.2 本课题主要研究内容本论文所研究的智能车，是基于嵌入式单片机技术和传感器技术的自动寻迹智能