飞思卡尔智能小车设计文献综述.docVIP

内蒙古科技大学信息工程学院 测控专业毕业实习报告 ——文献综述 题 目：飞思卡尔智能小车设计 学生姓名：连志强 学 号：0967112114 专 业：测控技术与仪器 班 级：测控2009-1 指导教师：赵建敏 前言 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健康、普及、持续的方向发展。采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，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线并根据黑色引导线实现快速稳定的寻线行驶。系统介绍了硬件和软件两个方面。在硬件方面，设计了具有电源管理、路径识别、车速检测、舵机控制和直流驱动电机控制的相关电路；在软件方面，根据PID控制或模糊控制并使用CodeWarrior软件编程和BDM调试实现小车行驶控制。 目录 前言 I 第一章 飞思卡尔光电智能小车硬件设计 1 1.1 电源模块设计 1 1.2电机驱动模块设计电机驱动模块设计 1 1.2.1集成方案：33886驱动 1 1.2.2 组合方案：33886 + 场效应管驱动 2 1.2.3分立元件方案：H桥驱动 2 1.3舵机控制单元 2 1.4路径识别传感器模块 2 1.4.1光电传感器工作原理 3 1.4.2红外传感器分类 3 1.4.3.小车寻迹原理 4 第二章 飞思卡尔光电智能小车软件系统设计 5 2.1 系统初始化 5 2.2路径识别算法 5 2.2.1路径离散识别算法 5 2.2.2路径连续识别算法 5 2.3舵机转角控制算法 6 2.4速度控制算法 6 2.5 PID控制算法 7 2.5.1位置型算法 8 2.5.2增量型算法 9 2.6赛道记忆算法 10 第三章 总结 12 参考文献 13 第一章 飞思卡尔光电智能小车硬件设计 1.1 电源模块设计 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不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压[1]。 常用的电源有串联型线性稳压电源和开关型稳压电源两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。 对于单片机，需提供稳定的5V电源，故选用线性度好的串联型稳压芯片对其单独进行供电；而其它模块如控制系统和执行部分则需要通过较大的电流，利用转换效率高、带载能力大的开关型稳压芯片对其供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。 1.2电机驱动模块设计电机驱动模块设计 小车直流驱动电机控制直接影响到小车的速度控制[2]。直流电机的驱动控制效果影响直线路段速度及入弯速度。 根据赛道的不同路段，可采用不同的速度控制策略，主要包括：直线段加速行驶、高速稳定行驶，入弯制动减速行驶、弯道低速行驶，S弯间断制动行驶。直流驱动电机的控制由单片机的PWM信号完成。小车的速度控制算法可采用PID或模糊控制算法，均能满足小车系统的控制要求。 通过电机驱动模块，控制驱动电机两端电压可以使小车加速或制动。常用电机驱动有以下三类： 1.2.1集成方案：33886驱动 采用飞思卡尔公司的直流电机驱动芯片MC33886[16]。其驱动能力强，有过流保护功能，状态监测功能，通过pwm调节可实现正反转。 1.单独使用一片33886 优点：应用电路简单，实现方便。缺点：芯片驱动电流小，内阻大不好加散热片存在均流不佳，有碍提高整个装置的输出，甚至造成器件和装置的损害。驱动电流理论上能达到74A，， 33886的性能，场效应管不用加散热片使车发挥更好的加速性能。[3]。 优点：内阻极小、开关速度快加散热片很方便[14]。 因舵机的工作电流变化大、干扰较大，舵机可采用单独供电方式，并在电源正极和舵机之间串联二极管，防止舵机影响电源电压。这有效地减小了舵机的机械滞后，使小车的稳定快速行驶。舵机的控制可使用开环控制方式[15]。 1.4路径识别传感器模块 传感器是整个小车系统模块中最重要的模块之一，经过查阅大量的相关资料来看， 实现的视觉和接近功能有多种方式：1）可使用CCD摄像头进行图象采集和识别方法2）电容式接近传感器，基于检测对象表面靠近传感元件时的电容变化。3）超声波传感器，根据波从发射到接收的传播过程中