[工程科技]南京理工大学南理工光电1队技术报告.doc

第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技 术 报 告学 校：南京理工大学队伍名称：南理工光电 1 队参赛队员：周琪、李蒙、周帆带队教师：吴益飞、郭建 I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五届“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：周琪 李蒙 周帆 带队教师签名：吴益飞 郭建 日 期：2010.8.10 II目 录第一章 引言 .........................................................11.1 课题研究背景及意义 .............................................11.2 智能车发展概况 .................................................11.3 大学生智能汽车竞赛简介 .........................................3第二章 光电导引智能汽车控制系统总体设计 .............................52.1 系统总体分析 ...................................................52.2 智能车系统组成结构 .............................................62.3 智能车系统工作流程 .............................................72.4 本章小结 .......................................................8第三章 光电导引智能汽车机械系统调整与改造 ...........................93.1 模型车基本结构参数介绍 .........................................93.2 机械结构调整与改造 ............................................103.3 本章小结 ......................................................11第四章 光电导引智能汽车控制系统硬件电路设计 ........................124.1 激光传感器电路 ................................................124.2 电机驱动模块 ..................................................164.4 测速模块 ......................................................204.5 电源模块 ......................................................234.6 本章小结 ......................................................27第五章 光电导引智能车系统控制算法及软件设计 ........................285.1 光电导引路况判断算法 ..........................................285.2 车体转向舵机控制算法 ..........................................295.3 电机闭环控制算法 ..............................................315.4 系统模块化程序设计 ............................................325.5 本章小结 ......................................................41第六章 光电导引智能车控制系统联调 .................................426.1 开发环境简介 ..................................................426.2 开发环境调试使用 ..............................................426.3 本章小结 ......................................................44结 论 .............................................................45附录 A：控制程序代码 .................................................I附录 B：模型车技术参数统计 ........................................XXVIIII摘 要本文以第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，在遵守竞赛规则的前提下，提出了智能汽车系统总体设计方案。

通过深入学习汽车技术相关理论，对车体机械结构进行了详细分析和优化改造采用模块化设计思想，完成了系统硬件电路的设计，其主要包括核心控制模块、电源管理模块、传感器模块、电机驱动模块、存储器模块、人机接口模块、无线通信模块、放电器模块等为了提高系统运行性能，对转向控制策略、行驶速度控制策略及后轮驱动闭环PID 控制算法等进行了详细分析与设计在此基础上，完成了系统软件的具体设计和实现最后，通过对实际系统的调试，智能车系统已能在测试赛道上快速运行，性能指标达到了预期效果关键词：智能汽车 路径检测 光电传感器 MC9S12XS128 PID1第一章 引言1.1 课题研究背景及意义智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、数据处理、决策控制和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，集中运用了计算机、传感技术、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体 [19]智能车辆最主要特点是自动驾驶，即依靠汽车控制系统驾驶汽车，自动分析和处理汽车运行过程中遇到的各种情况，并根据系统自动获取的道路信息，实现从一个地点向另一个地点的移动因此，智能车辆在原车辆系统基础上主要由计算机处理系统、道路信息获取系统和其它一些传感器组成。

道路信息获取系统用来获得道路的各种信息，车速传感器用来获得车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物位置等，然后由计算机处理系统来完成对所获图像、信息的预处理、增强与分析识别工作，并对车辆的行驶状况做出判断与控制 [15,19,36]1.2 智能车发展概况智能汽车的研究设计开发，可以从根本上改变现行汽车的信息采集处理、信息交换、行车导航与定位、车辆控制、汽车安全保证等技术方案与体系结构[20,35]伴随着传感器技术、信息融合技术、微电子技术、计算机与网络技术、自动控制技术、人工智能技术和无线通信技术等的快速发展，国内外对于智能车及其相关技术的研究成为热门，更多的国际公司、研究单位、科研院所投入到开发研究智能车的队伍中 [24,37] 从20世纪70年代，美欧等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，大致可以分为三个阶段：军事用途、高速公路环境和城市环境 [16]在军事用途方面，早在80年代初期，美国国防部就资助自主陆地车辆ALV（ AutonomousLandVehicle）的研究 [37]，如图 1.1进入21世纪，为促进无人驾驶作战车辆的研发，减少在战役中的伤亡人数，从2004年起，美国国防部连续举办大挑战（Grand Challenge）比赛活动，对促进智能车辆技术交流与创第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告2新起到很大激励作用 [14]。

随着现实需要，智能车辆的研究逐渐转向了民用领域，最早出现在高速公路应用领域高速公路无人驾驶研究的典型代表有美国CMU大学的NavLab-5 系统，意大利帕尔玛大学的 ARGO系统和德国联邦国防大学的VaMP系统 [14]，如图1.2这些针对高速公路的系统大多采用视觉导航，并获得了很大成功 [19]由于环视境光照的复杂性，觉系统的可靠性和鲁棒性有待进一步提高，此类研究的离产品化还有一定的距离在城市交通方面，欧洲Yamaha公司推出了旅游接待智能车辆CyberCab，该车在收回了75%投资，实现了真正的商业运营，并且人车交互更方便，技术上更加成熟日本在无人驾驶研究方面与欧洲联系比较密切，起步较早在2005年日本爱知世博会上，丰田公司成功演示了ITMS 无人驾驶公交系统 [19]美国在城市环境智能车辆研发方面，起步较晚，目前与欧洲和日本存在一些差距图1.1 美国国防部自主陆地车辆ALV 图1.2 意大利帕尔玛大学的 ARGO系统由于起步较晚，国内智能车研究水平总体上与发达国家相比存在不小的距离但经过各高校和研究单位的不懈努力，仍取得了阶段性的成果国内清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大学和南京理工大学等都有过无人驾驶汽车的研究项目 [27,34]。

我国的智能车发展也主要运用在军事用途、高速公路和城市交通三个领域八五” 、 “九五”期间由包括我校在内的国内六所重点大学联合研制成功了我国第一辆智能车ALVLAB1和第二代智能车ALVLAB2，第二代智能车ALVLAB2在 道路环境下自主行驶最高速度、正常行驶速度、越野环境白天行第一章 引言3驶最高速度以及夜间行驶最高速度都较第一代有很大提高，同时支持临场感遥控驾驶及侦察等功能目前，我国正在组织研究第三代的陆地自主车ALVLAB3[6,25]THMR—V（TsingHua Mobile Robot V）清华V型智能车是一个比较成功的范例它由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院士张钹主持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能车体装备有彩色摄像机和激光测距仪组成的道路与障碍物检测系统；由差分GPS、磁罗盘和光码盘组成的组合定位导航系统等两套计算机系统分别进行视觉住处处理，完成信息融合、路径规划、行为与决策控制等功能四台IPC工控机分别完成激光测距信息处理、定位信息处理、通讯管理和驾驶控制等功能 [7,13]图1.3 清华大学V型无人驾驶车 图1.4 上海交大Cycber C3除了清华大学汽车研究所展开智能车技术研究外，越来越多的研究机构、学者也加入到这一新兴学科中来。

比如上海交通大学设计的自动驾驶汽车，能根据道路弯曲程度的变化，实时计算出车辆的转向盘角度输入，控制车辆按预设道路行驶；吉林工业大学设计制造的一辆通过识别地面铺设的条状路标进行导航的智能车辆，可以稳定跟踪直线、弧线、型线等轨迹自动行驶 [19]1.3 大学生智能汽车竞赛简介“飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以 HCSl2 单片机为核心的大学生课外科技第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告4竞赛组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计。