(乐山师范学院)乐师3队-电磁组技术报告.doc

第八届全国大学生“飞思卡尔”杯 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校：乐山师范学院 队伍名称：乐师三队 参赛队员：兰一星 杨 阳 袁 靖 带队教师：童强 张自友关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关于保留、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： 摘要：本文介绍了基于飞思卡尔16位微控制器的基于电磁场检测巡线智能车系统。系统以MC9S12XS系列微控制器为核心，软件平台为Codewarrior IDE 5.0开发环境，车模是主委会统一提供的仿真车模。 文章介绍了整个智能车系统的硬件和软件设计开发过程。使用MC9S12XS128MAA作为主控芯片，用安装在车头前的磁感应传感器来检测赛道信息，用光电编码器检测车模速度，用干簧管检测起跑线信息。整个系统的工作原理是由磁感应传感器采集赛道信息并经放大处理，与光电编码器采集的车模速度信息一起送给MC9S12XS128M单片机，通过程序设计控制优化算法，控制舵机的转角和电机的转速以达到车模在赛道上的稳定高速行驶。 关键字：飞思卡尔智能车，MC9S12XS128，磁感应线圈，PID控制 目录 引 言 5 第一章 方案设计 6 1.1 系统总体结构 6 1.2 系统总体方案选定 6 1.3 系统总体方案的设计 7 第二章 传感器安装及布局 8 2.1磁感应传感器 8 2.1.1 磁感应传感器的选择 8 2.1.2 电磁传感器的布局 8 2.2 起跑线检测传感器 9 2.3 速度传感器 10 第三章 机械结构分析及调节 11 3.1车体机械建模 12 3.2 车模转向舵机机械结构的设计 12 3.3 车模机械调整 14 3.4 电路板的防静电措施 14 第四章 硬件电路设计 15 4.1 单片机最小系统 15 4.2 电源模块 15 4.3 运放模块 16 4.4 电机驱动模块 17 第五章 系统软件设计 18 5.1 软件开发平台 18 5.2 软件系统总体设计 19 5.3 磁场信息获取及处理 21 5.4 弯道控制策略 22 5.5 速度与转角控制及算法 23 第六章 车模技术参数 23 第七章 总结 24 致谢 25 参考文献 26 附录：源代码 27 引 言 全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛是立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越在规定的汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动以及编写相应，制作一个能够自主识别道路的模型汽16 位微控制器MC9S12XS128MAA作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、在舵机控制等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制硬件系统。 在制作小车的过程中，我们对小车的整体构架进行了深入的研究，分别在机械机构、硬件和软件上都进行过更进，硬件上主要是考虑并实践各种传感器的布局；软件上先后进行了几次大改，小车的寻线方式从最先的线性拟合到现在位置加权，最终确定的适应性更强的优化的位置加权的方法。控制算法上，从PID到Bang-Bang,再到模糊PID都进行了一些研究。 本报告将从硬件到软件一一的为大家呈现该系统的设计方案和制作过程。 方案设计 本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为传感器布局，机械结构、硬件模块、控制算法等三部分对智能汽车控制系统进行深入的介绍和分析。 1.1 系统总体结构 图1.1总体结构图 如图1.1系统通过电磁传感器获得赛道信息，经运放、AD转换等处理送给MC9S12XS128微控制器判断车模位置，由此来控制舵机转向。通过光电编码器得到速度信息加上车模位置来让控制器控制电机的速度。 1.2 系统总体方案选定 通过学习竞赛规则和往届竞赛相关技术资料了解到，路径识别模块是智能汽车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到智能汽车最终性能的优劣，因此确定路径识别模块的类型是决定智能汽车总体方案的关键。目前能够用于智能汽车辆路径识别的传感器主要有