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1、 山 东 工 商 学 院 课程设计报告 设 计 题 目：智能车设计及实验 所属课程名称：智能车设计及实验 班 级： 姓 名： 学 号： 目录目录 . 第一章 引言 . 1.1 整车设计思路 . 第二章 硬件设计 . 2.1 小车机械改造 . 2.1.1 舵机的改装 .2.2 单片机系统设计 .11. 2.3 摄像头的对比选型 . 2.4电机驱动电路设计 . 2.5 电源模块设计 . 第三章 软件设计 . 第四章 心得体会 . 引言智能汽车是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。全国大学生智能汽车竞赛对高
2、校学生而言是一次难得的机遇和挑战。智能汽车竞赛涉及的知识较为宽泛，为了设计出性能优越的智能赛车，需要在赛车的设计开发过程中参考许多有价值的文献资料，不断学习，不断创新。 智能汽车竞赛考验参赛选手的综合能力，包括传感器的应用、电动机的应用、电路设计、自动控制原理、系统调试、机械结构设计等，将这些知识合理运用到智能汽车上是对选手的巨大挑战。对于竞赛选手来说，临场发挥对比赛成绩的好坏至关重要，及时制定并调整策略才能发挥出智能汽车的最大性能。 关于飞思卡尔微控制器 竞赛指定控制芯片为飞思卡尔系列芯片，飞思卡尔公司是嵌入式控制领域的全球带头人，是主要技术创新者，开发了首个基于Flash 存储 的MCU。
3、“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践性活动，是教育部倡导大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际，求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以智能车电子为背景，涵盖自动控制，模式识别，传感技术，电子，电气，计算机等多个学科的科技创意性比赛1.1 整车设计思路 1
4、.2 自主驾驶系统的三个子系统环境感知系统、自主决策系统和操作执行系统。它们相互联系、相互制约，共同完成控制任务。 环境感知系统，我们的该部分主要包括感知路面信息的传感器和感知车体状态的传感器。传感器的选择相当灵活，我们的车选用了两种传感器。 lCMOS 摄像头：感知车体与路面的相对位置信息，预视距离远。l光电码盘：感知车体信息，推算车体状态。自主决策系统，主要通过单片机的软件来实现决策控制。 操作执行系统，就是从单片机发出控制指令到车体响应这一部分的系统， 主要就是相应的驱动电路，H桥之类。 三个系统相互联系、制约，它们都统一于一个共同的系统，有共同的目标和核心的控制策略，这些直接决定了三个
5、系统的构成和性能要求。比如由控制策略，我们就可以确定环境感知系统要选什么传感器、什么精度、怎么安装，决定自主决策系统要如何分配CPU时序，各部分各用多少资源；决定操作执行系统的能力，比如是否要双向的H桥。 比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模、单片机HCS12开发板、开发软件Code Warrior和在线调试工具的基础上制作一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。比赛要求在不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道。第二章 硬件设计2.1 小车机械改造3.1.2 舵机的改装由于舵机初始位置空程较大，所以我们对舵机的位置进行了改动，通过减少舵机的连杆机构来达到响
6、应速度灵敏和足够的转角，具体改造位置见下图： 2.2 单片机系统设计 大赛推荐参赛选手使用 MC9S12XS128 作为主控器，不得使用其它辅助处理器以及可编程器件。MC9S12XS128 是飞思卡尔半导体公司生产的采用HCS12 内核的16 位单片机，有丰富的外设接口资源。关于单片机的使用，在智能小车控制系统中，我们使用锁相环（PLL）来设定系统的工作频率，用PWM 模块控制舵机偏角和电机转速，用通用异步串口（SCI）把赛车调试或比赛的行驶过程中的各种有用参数发送到PC 机以便进行分析和改进，我们还使用同步串行外设接口（SPI）或IIC 总线来控制CMOS 摄像头。2.3 摄像头的对比选型
7、目前市场上的摄像头所采用的感光器件分为 CCD 和CMOS 两种，CCD 的 全称为电荷耦合装置，而CMOS 的全称则是互补金属氧化物半导体。 目前的 CMOS 摄像头有很多都自带有可编程控制模块和模数转换模块，无论从结构上、工艺上、性能上和使用方法上，都与普通的存储器有非常相似之处。与CCD 摄像头相比之下，CMOS 摄像头不需要斩波升压来提供电源，并且具有较强的可编程控制能力，也不需要额外地进行A/D 采样，各方面都更适合于作为小车的视觉传感器。 市场上的 CMOS 图像传感器产品各种各样，数不胜数，大部分是彩色的，分辨率也比较高。从小车需要识别的目标特征来看，CIF 分辨率甚至QCIF
8、分辨率的黑白摄像头足够提供路径识别和规划所需要的信息。摄像头具体情况见下图： 2.4 电机驱动电路设计 在智能汽车竞赛中，智能车的速度较快，通常达到2m/s 以上，因此对电机驱动电流的要求较高，电机驱动电路必不可少。首先，竞赛级电调并不使用全桥驱动，而是使用半桥，其原理图如图所示。 我们使用BTS7960 驱动芯片。这种芯片的好处是外围电路简单。通过设计电路，能使电机正转以及反转，而且使用PWM 波控制，能起到很好的驱动效果。具体情况见下图：2.5 电源模块设计 驱动电路板中的电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、
9、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 全部硬件电路的电源可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同，因此电源模块应该包括多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。主要包括如下不同的电压： 1.主要为单片机、信号调理电路以及部分接口电路提供电源，电压要求稳定、噪声小。 2.主要是为舵机提供工作电压。实际工作时，舵机所需要的工作电流一般在几十毫安左右，电压无需十分稳定。3.一部分直接取自电池两端电压，主要为后轮电机驱动模块提供电源。4.采用摄像头进行道路检测时，为摄像头供电。 具体情况见下图：
10、第三章 软件设计本系统控制软件采用大赛提供的CodeWarrior软件及BDM作为调试工具，此外，厂家提供的编程环境支持C语言和汇编语言的程序设计，以及C语言与汇编语言的混合编程，大大方便了用户的程序设计，提高了系统开发效率。本系统程序代码使用C语言编写。 本程序设计由以下几个模块组成：单片机初始化模块，实时路径检测模块，舵机控制模块，驱动电机控制模块，中断速度采集模块，速度模糊控制模块。 （1）单片机的初始化模块包括：I/O模块、PWM模块、计时器模块、定时中断模块初始化。 （2）实时路径检测模块：前排光电传感器检测黑线，将返回信号输入单片机的输入端口，程序不间断地读入输入端口的信号，通过判
11、断语句，得出合适的PWM信号控制舵机转向 （3）舵机控制模块，驱动电机控制模块：通过直接输出PWM信号控制。舵机的控制采用开环控制，驱动电机采用模糊算法闭环控制。 （4）中断速度模糊控制模块实现：通过输出比较中断实现每5ms产生一次中断，并由累加器从旋转编码器信号线读入脉冲数，通过模糊运算得出PWM信号值输出控制转速电机控制速度心得与体会参见智能车比赛，让我从中学会了很多知识。智能车比赛需要细心和耐心，以及丰富的知识和极强的动手能力。拿耐心来说，在我画板的时候，必须极其小心，一个小小的失误就有可能让整个板子废掉。我是画了四次才算是成功，而且你在画板布线的时候更得有耐心，遵循布线的规则，寻找最优的路线说实话，有时候真的会看的眼晕。所以说，画板需要很好的耐心。在做车过程中，也让我学会了很多知识。你要学会使用需要的软件，学会焊电路，知道各个元器件的性质以及各种芯片的性质还有引脚的功能。而且大部分资料都是英文版的，需要极有耐心的把他们看一遍，寻找你所需要的部分。在做车过程中，极大的提高了我的动手能力。以前我焊电路的时候手一直会抖，现在是好了很多，手没有以前那样，抖个不停。也许我们的知识还不够丰富，考虑问题也不够全面，但是这份技术报告作为我们小组辛勤汗水的结晶，凝聚着我们小组每个人的心血和智慧，随着它的诞生，这份经验将永伴我们一生，成为我们最珍贵的回忆。
