光电组北京工业大技术报告.doc

第七届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校： 北京工业大学 队伍名称： G-Tank 参赛队员： 郭靖波 王智一 梁迪 带队教师： 贾惠忠  关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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： 郭 靖 波 王 智 一 梁 迪 带队教师签名： 贾 惠 忠 日 期： 2012-8-4 摘要 本文主要介绍了智能汽车控制系统的软硬件设计及开发过程。整个系统涉及车模机械结构调整、电路设计、赛道检测、控制算法等多个方面。车模以MC9S12XS128单片机为控制核心，以激光管作为传感器检测赛道，以对传感器的随动控制作为核心控制算法。 文分别从机械调整、电路设计和软件调试三个部分对智能汽车的整个制作过程进行了详细的介绍，其中包括了对设计方案选择、参数选调整、理论原理分析技术的改进与创新等方面的内容。 经实际场地测试，本车模可以很好的适应大小“S”弯、“十字”交叉、小回环、大回环和坡道等不同的赛道类型以及不同类型赛道的不同组合，平均速度可达到2.5m/s，最大速度可达3m/s。本车模主要特点在于路径的，对于长距离、复合型跑道更有优势。 关键字 freescale智能车 激光循迹 随动 目录 摘要 I 目录 II 第一章 引言 1 1.1 综述 1 1.2 系统主要结构思想 1 1.3 特色与创新 2 1.3.1 激光布局 2 1.3.2 路径选择 2 1.3.3 测试手段 2 1.4 关联文献综述 2 3 2.1 概述 3 2.2 悬挂改装 3 2.3 舵机安装及连杆设计 4 2.3.1 舵机安装 4 2.3.2 舵机臂及舵机连杆 5 2.4 前轮定位 6 2.4.1 理论分析 6 2.4.2 实际调整 7 2.5 传感器的安装 7 2.6 底盘高度和重心 8 9 3.1 概述 9 3.2 核心板 9 3.3 传感器 10 3.3.1 传感器选择 10 3.3.2 排布方案 12 3.3.3 驱动电路 15 3.4 驱动 16 3.5 测速 18 3.6 人机交互 18 3.7 电源分配 19 21 4.1 程序总框图 21 4.2 循迹策略 21 4.3 转向舵机控制算法 22 4.4 速度控制算法 23 4.5 弯道策略 24 4.6 十字线策略 25 4.7 调试工具和方法 26 29 5.1 系统开发工具 29 5.2 调试过程 29 5.2.1 硬件调试 29 5.2.2 软件调试 30 31 6.1 模型汽车制作概述与技术指标 31 6.1.1 车模最终可达到的速度 31 6.1.2 车模主要技术参数 31 6.2 智能车最终实物图 31 6.3 总结 32 致谢 33 参考文献 34 附录A G-Tank智能车C语言源代码 I 第一章 引言 1.1 综述 全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办，以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，是以智能汽车为竞赛平台的多学科专业交叉的创意性科技竞赛。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，如今已成功举办六届。 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16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。 本论文主要介绍了“飞思卡尔”智能车比赛中小车制作过程，论述了控制系统的软硬件设计和开发流程，涉及车模机械结构的设计与改装、电机驱动和激光发射接收电路设计及C语言控制算法等诸多方面，详细介绍了对车模的方案选择及改装方法，并着重分析了前轮机械结构、激光头的布局和4N全桥驱动的电机驱动方案。 1.2 系统主要结构思想 首先，比赛以竞速为主要目的，一切设计和控制均为竞速服务两排主激光头用于检测赛道信息，一排前瞻较近的激光用于检测起跑线并在需要时辅助。上排探头架在舵机上便于跟踪黑线，下排探头固定，用于采集近处道路信息。上排激光管在赛道上打出一排整齐的光点，以3ms为周期处理路况信息，并控制舵机，使上排激光头的光点恰好住赛道两侧的黑线，从而时刻跟紧黑线，及时控制模型车转向。 其次，单片机综合考虑舵机PWM值与光点检测的黑线位置，决定前轮舵机转向，再依照测速齿数加入速度因素。最终PWM波控制电机的运作。于此同时下排头随时检测起跑线