哈尔滨程大学极品飞车2号技术报告.doc

第三届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车邀请赛 技 术 报 告 附件【C】：一种使用光电管对赛道精确定位的方法 学 校：哈尔滨工程大学 队伍名称：极品飞车2号 参赛队员：刘建旭 高晗 谭吉来 带队教师：管凤旭 张爱筠 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第二届“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： 目 录 第一章 引 言 1 第二章 路径识别方案论证 3 2.1 路径识别的方案设计论证 3 2.2 路径识别的改进方法 4 2.3 加大前瞻方法 5 2.4起跑线识别方案 5 2.5 系统分析 6 第三章 系统硬件电路设计 7 3.1、电源分配电路 7 3.2、 图像采集电路 8 3.3、电机驱动电路 9 3.4、速度采集模块 9 3.5、最小系统板 9 3.6、主板电路 10 3.7、硬件电路技术参数 11 第四章 系统软件设计与控制方案 13 4.1、程序流程图 13 4.2、控制方案 14 4.2.1、图像采集 14 4.2.2、图像处理方案 15 4.2.3、 双系统耦合关系处 15 4.2.4、　低速和高速调速方法的改变以及由此带来的好处 16 4.2.5、　PID控制方法在智能控制中的应用 17 3 PID控制算法及其改进形式的应用 17 4.3.1、　PID控制算法 17 4.3.2、　积分饱和及其抑制 19 4.3.3、PID算法的其他改进形式 20 4.3.4、针对智能车的PID算法改进 22 第五章 机械结构调整 23 5.1、 舵机的改造 23 5.2、 底盘高度及轮距调整 23 5.3、 减轻重量 23 5.4、 重心调整 24 5.5、 前轮定位 24 第六章 系统测试与分析 27 6.1 实验测试 27 6.1.1、测试环境简介 27 6.1.2、测试结果 27 6.1.3、测试中出现的问题及解决 27 6.2 智能车主要技术参数 28 第七章 结论 29 参考文献 30 附录A：智能车实物照片 I 附录B：程序源代码 III 附件C：研究论文 i  第一章 引 言 本文详细阐述了第三届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛作品极品飞车2号的设计、制作以及调试过程。文中介绍了基于MC9S12DG256（以下简称S12）单片机设计的基于红外传感器的循线竞速智能车系统。为保证系统在稳定的前提下获得更远距离的前瞻，设计了新颖有效的路径识别模块。通过对光电模块模拟量的采集以及抽象函数处理方法，实现了精确的路径识别。这样不仅保证了所采集数据的准确性，而且提高了采集速度，使智能车获得一个比较好的前瞻，易于实现系统的实时控制。测速模块采用稳定可靠的增量式光电码盘测速方式。直流电机采用PI控制算法，实现电机速度快速响应与稳定控制。各功能模块的紧密配合，实现了路径的准确识别、电机的快速响应和舵机的精确控制。本文还对模型车的机械结构调整进行了说明。 关键词：飞思卡尔；MC9S12DG128；循线；红外传感器阵列；PI控制算法 第二章 路径识别方案论证 路径识别模块是智能车系统的关键功能之一。路径识别功能的好坏，直接关系到整体性能的优劣。根据项目要求，选用红外传感器阵列作为识别策略。以下对路径识别的方案作简单介绍，辅以改进的采集处理方法，为处理器提供准确的·路况信息。 2.1 路径识别的方案设计论证 光电传感器的排列方法、个数、彼此之间的间隔都与控制方法密切相关。但一般的认识是：在不受到外部因素影响的前提下，能够感知前方的距离越远，行驶效率越高。 由于光电传感器电路板不可能伸出车体太远，因此大多制作者调整了光电传感器电路板与地面的夹角，使光电传感器可以感知更远一点的跑道情况。 图2.1、图2.2是两种典型的光电循迹方案。图2.1中模型车采用了8对光电传感器且分布得较宽，图2.2中模型车只采用了3对光电传感器，放置在向外伸出的小电路板上，探测的范围较小。具体何种方案合适，与光电传感器扫描前方的距离和宽度以及控制策略密切相关。 基于反射式红外传感器的光电传感器阵列的路径检测方法具有较高的可靠性与稳定性，信息更新速度快且易于单片机处理。但是它易受环境光线干扰，而且存在着检测距离近的问题，硬件电路复杂。为了获得远方的信息需要将传感器伸得尽可能远，从而增加了车体高速行