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 摘 要 本课题是设计并实现一种基于MC9S12XS128微控制器为核心的导航智能车系统，通过线性CCD传感器和角度传感器检测跑道的路况，用光栅码盘检测模型车的速度，用陀螺仪测量车模的角速度，用红外对管判别停车。使用PID控制算法调节车模的直立以及驱动电机的转速，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。设计目标是使智能小车在特定的跑道上，能够保持直立，能够在弯曲不平的道路上自主循迹行进。 报告介绍了总体的设计方案，小车直立与循迹原理，各个模块的硬件组成以及软件设计。硬件方面介绍小车电路系统板的制作，以及电路的原理以及选型。软件方面介绍智能车的各个模块的初始化，速度控制等。辅助设计工具有无线通讯模块调试工具。实验结果表明本系统可靠稳定。 关键字：MC9S12XS128、PID、陀螺仪 目录 摘 要 III 第一章 引言 1 第二章 系统总体方案设计 3 2.1系统概述 3 2.1.1直立行走任务分解 3 2.1.2直立控制分析 4 2.1.3速度控制分析 5 2.1.4转向控制分析 5 2.1.5停车控制 6 2.2整车布局 6 2.2.1机械结构方面 7 2.2.2硬件方面 7 2.2.3软件方面 7 2.3结构框图 7 第三章 机械结构设计与实现 9 3.1车模 9 3.2车模车身改装 9 3.3陀螺仪及加速度计固定结构设计 10 3.4线性CCD传感器固定结构设计 10 3.5光栅码盘的安装设计 11 3.6红外对管停车识别模块的安装 12 3.7主动轮松紧程度的调整 12 第四章 硬件系统的设计与实现 13 4.1硬件设计总体方案 13 4.2系统电路的设计与实现 13 4.2.1电源管理电路 13 4.2.2驱动电路 14 4.3测速模块 15 4.4红外停车模块 16 4.5路径检测 16 4.6调试模块 16 第五章 软件系统的设计与实现 17 5.1控制系统总体方案 17 5.1.1系统软件流程 17 5.1.2 PID算法工作原理 18 5.1.3锁相环初始化 18 5.1.4初始化主控的PWM模块 19 5.1.5 站立控制子程序（卡尔曼滤波） 20 第六章 开发工具与系统调试 22 6.1软件开发工具 22 6.2 无线通信模块 23 第七章 车辆参数 25 第八章 总结 27 第九章 致谢 VII 参考文献 IX 附录A.系统电路图 XI 附录B.程序 XVII 引言 本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，该比赛受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛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，为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。 该竞赛由竞赛秘书处为各参赛队提供/购置规定范围内的标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、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。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，保证竞赛向健康、普及，持续的方向发展。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8 位、16 位、32位微控制器作为核心控制模块，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法软件开发、动力电机驱动等，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系统。 在本届比赛上，使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模C车模套件，D车模的电机，采用飞思卡尔半导体公司的16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自