电磁组湘潭大学湘大智联队术报告.docx

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： 湘潭大学队伍名称： 湘大智联队参赛队员： 蔡永峰 曾洋斌 朱快带队教师： 肖业伟 刘奇能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九届“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：蔡永峰曾洋斌朱快带队教师签名：肖业伟刘奇能日期：2014年8月3日摘要本文设计的智能车系统以MK60N512VLQ100微控制器为核心控制单元，通过10mh的电感检测赛道信息，AD采集处理提取小车在赛道的位置偏差，用于赛道识别。采用TSL2401系列的CCD避障。通过光电编码器检测模型车的实时速度，使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度和稳定性，使用了蓝牙上位机、键盘模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案确实可行。关键字：MK60N512VLQ100，TSL2401，CCD,PID，目录摘要V第一章 引言11.1 大赛介绍11.2 系统设计框架2第二章 智能车整体方案设计说明32.1 总体结构及方案的说明32.2 单片机及相关硬件利用情况42.2.1单片机最小系统模块42.2.2电磁传感器模块42.2.3速度传感器42.2.4电机驱动模块42.2.5电源管理模块5第三章 智能车机械结构调整与优化73.1 智能车参数要求73.2 智能车整体调节效果73.2.1 电磁传感器的设计和安装83.2.2 系统电路板的固定及连接93.2.3 运放模块的固定93.2.4 驱动模块与人机交互模块的安装103.2.5 测速编码器的安装103.2.6 舵机的固定及连接113.3 小车前轮参数调整113.3.1 主销内倾角123.3.2 主销后倾角133.3.3前轮前束角143.4 小车重心位置优化14第四章硬件电路设计说明144.1 单片机最小系统154.2 电源模块154.2.1 6V供电154.2.2 3.3V供电164.2.3 5V供电164.3 传感器模块174.4 电机驱动模块184.5 起跑线检测模块184.6 键盘与显示模块20第五章 智能车控制软件设计说明205.1软件系统总体设计215.2控制算法214.2.1位置式PID234.2.2增量式PID235.3.软件各功能模块设计245.4.路径识别算法275.4.控制策略及控制算法28第六章系统调试296.1 调试工具29附录A 电路板详细设计原理图32附录B 部分程序代码36参考文献42第一章 引言1.1 大赛介绍全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛由竞赛秘书处设计、规范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。第九届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采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单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试。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。大赛根据道路检测方案不同分为电磁组、光电组与摄像头平衡三个赛题组。使用四轮车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；使用四轮车模通过指定的线阵CCD 器件或者分立的光电管传感器获得一维连续或者离散点赛道信息的属于光电组；使用摄像头进行赛道信息检测，同时保持车体直立行走的车模属于摄像头平衡组。本技术报告文主要介绍电磁赛题组的智能车制作,针对Freescale半导体公司的32位单片机MK60DN512ZVLQ10，电磁传感器为核心的智能车系统。本系统涉及到电感捕捉磁场、PID控制策略、PWM控制技术等技术来实现智能车的自动转向、自动变速到达稳定寻线行驶。1.2 系统设计框架系统是以检测变化的电磁场信号为基础，通过单片机AD采集并处理信号实现对车体控制，使小车能准确稳定的跟随赛道中心电线的轨迹变化