光电组天津大学天津大学光一队技术报告.doc

第九届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校：天津大学 队伍名称：天津大学光电一队 参赛队员：孔尚萍 刘帆陈步云 带队教师：王建荣  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： 带队教师签名： 日 期： 引言 本文以第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛为背景详细介绍了智能车系统的软硬件结构和开发流程。采用1:10 的仿真车模，用线性CCD来识别赛道信息，以飞思卡尔半导体公司生产的16 位单片机MC9S12XS128 为核心控制器，在CodeWarrior IDE v5.1开发环境中进行软件开发，使赛车在跑道上沿着两侧黑线行驶。 本文介绍了总体方案设计、机械结构设计、硬件电路设计、软件设计、无线通信子系统设计以及系统的调试与分析。机械结构设计部分主要介绍了对车模的改进，以及摇头CCD的机械结构。硬件电路设计部分主要介绍了智能车的硬件电路设计，包括原理图和PCB设计。软件设计方面，主要介绍了摇头舵机的控制原理和电机的PID 控制策略。 为了直观显示赛车在赛道上高速前进过程中的某些关键参数，我们在调试的过程中利用无线通信模块实现将关键参数传回PC的过程，使得赛车在行驶过程中的状态清晰可见，便于调试。 关键词：飞思卡尔杯智能车；线性CCD；摇头舵机；PID控制 目录 引言 1 目录 1 第一章 方案设计 1 1.1 系统总体方案的选定 1 1.2 系统总体方案的设计 1 第二章 智能车机械结构调整与优化 3 2.1 智能车车体机械建模 3 2.2 智能车前轮定位的调整 3 2.2.1 主销后倾角 3 2.2.2 主销内倾角 3 2.2.3 车轮外倾角 4 2.2.4 前轮前束 4 2.3 智能车转向机构调整优化 4 2.4 智能车后轮减速齿轮机构调整 5 2.5 摇头舵机机械结构的调整 6 第三章 电路设计说明 7 3.1 主控板的设计 7 3.1.1 电源管理模块 7 3.1.2 电机驱动模块 7 3.1.3 主控板设计 8 3.1.4 接口模块 9 3.2 智能车传感器模块设计 9 3.2.1 光电传感器的原理 9 4.1 光感器的路径精确识别技术 12 4.1.1 光电传感器路径识别算法 12 4.2 弯道策略分析 13 4.3 弯道策略制定 14 第五章 开发工具、制作、安装、调试过程说明 16 第六章 模型车的主要技术参数说明 17 6.1 智能车外形参数 17 6.2 电路部分参数 17 第七章 总结 18 参考文献 附录：程序源代码 I 方案设计 系统总体方案的选定 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车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此确定路径识别模块的类型是决定智能车总体方案的关键。而目前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器。光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限；CCD摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处理和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之一。在比较了两种传感器优劣之后，考虑到光电传感器图像处理的困难后，决定选用应用广泛的CCD传感器，相信通过选用CCD传感器，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，CCD传感器还是可以极好的控制效果的。但在反复测试中，发现CCD传感器前瞻有限，高速时无法实现好的控制效果，故加装摇头舵机间接达到前瞻变大的效果。 系统总体方案的设计 本队智能车整体设计方案为，采用双线性CCD（一固定、一摇头）采集赛道图像，CCD输出的模拟量传输至MC9S12XS128微控制器，微控制器使用自带AD转换模块将模拟量数据转换为数字量并进行处理，提取出赛道类型及边界信息，输出控制信号至转向舵机、摇头舵机和电机控制车模完成转向和加减速工作。车模的行驶速度为闭环控制，在行驶过程中通过光电编码器来检测车速，使用MC9S12XS128微控制器采集光电编码器的脉冲并对其进行累加以获得车模的行驶速度。车模电机采用 PID控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的功率；而车速的目标值由图像处理结果进行控制。转向舵机和摇头舵机均采用PD控制； 车模的工作原理图如下图所示。 根据