光电组：智能汽车竞赛技术报告参考.doc

第八届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛技术报告 目录 摘 要 II 第一章 引言 1 第二章 控制系统总体设计方案 3 2.1 系统硬件结构 3 2.2 系统软件设计 4 2.3 车模整体布局 5 第三章 车模整体设计 7 3.1车模具体参数 7 3.2系统电路板安装 7 3.3 传感器安装 8 3.4 测速模块安装 10 3.5人机界面调参模板安装 12 第四章 系统设计软件 13 4.1核心控制模块 13 4.2主板模块主板电路图 14 4.3 各电源块的说明： 15 4.4电机驱动模块 21 4.5测速模块 23 4.6线阵CCD跑道传感器模块 23 第五章 软件设计 27 5.1 车模角度和角速度计算 27 5.2滤波控制算法 29 5.3车模直立控制 30 5.4车模速度控制 31 5.5车模方向控制 32 第六章车模调试 33 6.1 车模电路初步调试 33 6.2现场动态参数调试 34 6.3开发工具 35 参考文献 38 附件1：智能车技术参数 III 附件2：整体原理图 IV 附件3：程序源代码 V 摘 要 本文为第八届飞思卡尔智能车光电组直立车模的设计说明。本智能车采用大赛组委会统一提供的D型车模，以32位单片机K60 作为系统控制处理器，以IAR Embedded Workbench为开发平台。 整个智能车系统的设计与实现包括车模的机械结构调整、传感器电路的设计及位置安装、控制算法和策略优化、系统调试等多个方面。通过对比不同方案的优缺点，并结仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。系统硬件上包括核心控制模块，电源模块，传感器模块，电机驱动模块，软件设计方案为在深入分析研究大赛组委会给出的直立参考方案后，在一定程度上大胆创新，形成自己独特的方案，从而提高了车模的行驶速度和稳定性。在智能车调试过程中，使用上位机利用蓝牙技术对智能车的状态进行实时监视，有效提高了调试的效率。 实验结果表明，我们的智能车系统设计方案稳定可行，机械结构与控制算法经过长时间的调试均达到优化的状态，本文将详细叙述本智能车控制系统的各个模块的设计原理，设计目标，设计方法与过程，以及其所发挥的作用。 关键字：K60，IAR Embedded Workbench，控制算法。 第一章 引言 “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、计算机、机械、能源等多个学科的知识，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。 智能车系统由微控制器、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块和直流驱动电机控制单元组成。本系统以32位微处理器K60为控制核心，并采用IAR Embedded Workbench软件编程和J_LINK作为调试工具。运用CCD传感器进行道路信息采集，并采用PWM技术来控制电机转速，由数据表来设定速度。各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑过弯和减小路程的效果。 在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。 在准备比赛的过程中，我们小组三个成员学习和探讨多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。  第二章 控制系统总体设计方案 智能车系统的制作要求是要求车模在设计的专门跑道上稳定而又快速的运行，本章将依据此要求简要介绍智能车控制系统的硬件结构设计和软件结构设计，后续章节中将对车模的机械设计、硬件设计、软件设计进行一一介绍。 2.1 系统硬件结构 车模的整体工作框图如图2.1所示： 图2.1 控制系统整体框图 由于本届电磁组车模要求直立行走，为此我们需要知道车模直立必须的条件——车体的倾斜角度和角速度，我们采用加速度获得车模的倾斜角度，采用陀螺仪获取车模的角速度，通过编码器检测车速，使用片外计数器进行脉冲计 算获得车模的速度，同时使用D触发器获取方向。使用上位机实时监测车模的各项参数，便于对车模进行调整，提高了调试效率。 车模直立采用PD控制，速度采用PID控制，通过PWM控制电机驱动电路改变电机转速，转向采用PD控制，通过安装车模转向速度陀螺仪对方