安徽科技学院光电一队技术报告.doc

第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技 术 报 告学 校： 安徽科技学院队伍名称： 光电一队参赛队员： 尚晓亮 尹志 阳郸 带队教师： 梁磊 徐朝胜 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六届“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： 目录第一章 引言.........................................................51.1大赛背景和概况...............................................51.2智能车应用前景...............................................6第二章 系统总体方案的设计...........................................72.1系统方案概述.................................................72.2系统总体结构的设计...........................................7 2.2.1系统硬件结构.............................................7 2.2.2 系统软件结构............................................8第三章 智能车机械结构的设计与优化...................................9 3.1智能车行驶的数学模型........................................93.2车模机械改装与优化.........................................12 3.2.1舵机的安装.............................................12 3.2.2车模前轮参数调整.......................................13 3.2.3底盘高度...............................................15 3.2.4车模齿轮传动机构调整...................................16 3.2.5车模后轮差速机构调整...................................16 3.3车模测速模块安装...........................................17 3.4传感器的工作原理、选择与安装...............................17 3.4.1传感器的选择...........................................17 3.4.2激光传感器的原理 ......................................18 3.4.3激光传感器的设计.......................................18 3.4.4传感器的安装...........................................20 3.4.5激光传感器的调试方法...................................20第四章 系统硬件电路................................................214.1 核心电路板的组成...........................................214.2电机驱动电路模块............................................22第五章 系统软件设计................................................235.1软件整体设计................................................245.2舵机转向控制和速度控制的PID算法............................245.3起始线的识别................................................26第六章 赛车调试....................................................276.1软件调试平台CodeWarrior.....................................276.2 CodeWarrior IDE基本使用方法.................................28第七章 模型车的主要技术参数........................................31第八章 结论........................................................32参考文献............................................................. 第一章 引言1.1大赛背景和概况教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在己举办全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大专业竞赛的基础上，经研究决定，委托高等学校自动化专业教学指导分委会主办自2006年每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。

高等学校自动专业教学指导分委会决定飞思卡尔半导体公司为协办单位，赛事冠名为“飞思卡尔”杯竞赛要求参赛者在提供的模型车体及主微控制器芯片基础上设计制作具有自主道路识别能力并满足比赛规则的智能汽车，在赛道上以最快速度完成赛程者为优胜 作为全球最大的汽车电子半导体供应商，飞思卡尔一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案飞思卡尔是排名第一的汽车电子半导体供应商，其中在8位、16位及32位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一，超过40%的新车都使用了飞思卡尔的技术 智能车比赛源自韩国，并且已成功举办了五届，其比赛的技术水平和成绩已达到了相当的高度，已引起现代、宝马等跨国企业的注意在韩国成功举办多次的基础上，在我国开始尝试举办该赛事，全国大学生智能汽车竞赛暨第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛已于2006年8月20～21日在清华大学圆满结束，来自全国57所高校的112支队伍参加了比赛，引起了各方的广泛关注，并且已经具备了较高的技术水平，清华大学2队、上海交大速度之星队及清华大学1队分列成绩前三名 与以往的专业竞赛不同，智能车大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新比赛，已经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才提供了重要平台。

第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛于2010年7月中旬举行分区比赛，8月中旬举行全国总决赛竞赛内容包括：以飞思卡尔HCS12单片机为核心控制模块，以CCD、光电或电磁检测元件检测赛道引导线，引导改装后的模型汽车以最快的速度按照大赛组委会所设定的赛道行进，以赛车在最短时间跑完全程的队为优胜队该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛，极具挑战性与竞争性 该比赛已经列入教育部主办的全国大学生五大竞赛之一1.2智能车应用前景智能小车采用飞思卡尔公司的MC9S12XS128MAA作为主控芯片，配合有传感器、电机、舵机、电池以及相应的驱动电路，再加上信息处理和控制算法，它能够自主识别路径，控制模型车高速稳定运行在跑道上智能车要实现在城市繁忙道路上完全无人驾驶，尚有很多研究工作要做但是通过这辆车来研究一些关键技术，并且把它们应用到实际工程中去，还是可行的譬如ＧＰＳ在汽车定位、导航中的应用；又如多种传感器信息处理，如果将二维图像与激光雷达的信息融合起来，可以得到更确切的道路或环境的信息；传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适应巡航，辅助人们把车开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚的汽车安全辅助驾驶；在仓库、码头、工厂、机关、营房、住宅区或者危险、有毒、有害的工作环境里，自动驾驶或遥控驾驶技术有着广泛的应用前景，如无人值守的巡逻监视、设备的维护修理、物料的运输、消防灭火等等。

第二章 系统总体方案的设计2.1系统方案概述 系统采用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128为核心控制单元，由车身上方的光电传感器和固定在车身前方的红外传感器分别进行路径信号的采集和起跑线特征的识别；车身后部的编码器进行速度的采集，并将采集到的模拟电压、TTL电平以及脉冲送至MCU，经MCU处理后，分别控制转向舵机、直流电机，完成智能车的调速、转向及制动等控制，使小车始终沿着赛道快速而又稳定地行驶并有效驻车 2.2系统总体结构的设计2.2.1系统硬件结构车模的系统框图及各模块之间的关系如图所示： 主控模块道路检测模块速度检测模块舵机控制模块电机驱动模块电源模块调试模块图 1-1系统总体结构图主要模块：1) 主控模块：通过MC9S12XS128处理器，对所有子系统采集的信息进行处理，该模块是整个系统的核心部件，结合该处理器，最终我们自行设计了最小系统板2） 道路检测模块：在赛道信息采集方面，主要由光电传感器、S12的放大电路组成3）速度检测模块：速度传感器模块由小型光电编码器和ECT脉冲捕捉功能构成提供闭环速度控制4）电机驱动模块：通过由场效应管搭建而成的H桥对电机进行驱动，效果良好。

5）舵机控制模块：主要控制智能车的转角，主要由PMOS和NMOS及其电路组成6） 电源模块：主要用到的有5V和6V，5V芯片选择的是LM2940,6V芯片选择的是LM2941传感器和单片机，采用分别供电的方式供电7） 调试模块：调试模块主要用到BDM2.2.2系统软件结构 在系统硬件结构的基础上，通过系统软件算法小车即可运行系统的基本软件流程为：首先，对各功能模块和控制参数进行初始化然后，通过图像采集模块获取前方赛道的图像数据，然后S12利用边缘检测方法从图像数据中提取赛道黑线，求得赛车与黑线位置的偏差，接着采用PID对舵机进行反馈控制。