飞思卡尔智能车电磁组技术报告
飞思卡尔智能车大赛技术报告
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告学校：中北大学伍名称：ARES赛队员：贺彦兴王志强雷鸿队教师：闫晓燕甄国涌关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“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：带队教师签名：日期：2014-09-15日摘要本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。
机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。
硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。
软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang算法来控制智能车的转向和速度。
在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅助调试。
关键字：智能车摄像头控制器算法。
目录1绪论 (1)1.1 竞赛背景 (1)1.2国内外智能车辆发展状况 (1)1.3 智能车大赛简介 (2)1.4 第九届比赛规则简介 (2)2智能车系统设计总述 (2)2.1机械系统概述 (3)2.2硬件系统概述 (5)2.3软件系统概述 (6)3智能车机械系统设计 (7)3.1智能车的整体结构 (7)3.2前轮定位 (7)3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8)3.4传感器的安装 (8)4智能车硬件系统设计 (8)4.1XS128芯片介绍 (8)4.2传感器板设计 (8)4.2.1电磁传感器方案选择 (8)4.2.2电源管理模 (9)4.2.3电机驱动模块 (10)4.2.4编码器 (11)5智能车软件系统设 (11)5.1程序概述 (11)5.2采集传感器信息及处理 (11)5.3计算赛道信息 (13)5.4转向控制策略 (17)5.5速度控制策略 (19)6总结 (19)6.1效果 (20)6.2遇到的问题以及解决办法 (20)6.3队员之间的合作很重要 (21)附录 (22)源程序 (23)1绪论1.1 竞赛背景随着经济发展，道路交通面临新的问题和新的挑战。
飞思卡尔智能车大赛杭州电子科技大学杭电二队智能车技术报告
本设计采用单片机（MC9S12DG128）作为智能小车的检测和控制核心。
路径识别采用CMOS 摄像头，车速检测采用红外对管和编码盘，由MOS管组成H桥来控制驱动电机正反转的快速切换，利用PWM技术控制小车的运动速度及运动方向。
基于这些完备而可靠的硬件设计，还设计了一套PID优化算法，编写了全闭环运动控制程序，经反复测试，取得了较好的效果。
第一章引言.1 智能车系统研究内容智能车系统要求以MC9S12DG128为核心，能够自主识别路线，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，以最快的速度跑完全程。
其主要研究内容包括以下几个部分：电源、路径识别、直流电动机驱动及运动控制等。
1.1.1 电源根据智能车系统各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V 1800mAh Ni-cd电池进行电压调节。
其中，单片机系统、车速传感器电路需要5V电压，摄像头的12V工作电压由DC-DC升压回路提供，伺服电机工作电压范围4.8V到6V，直流电机经过H桥路由7.2V 1800mAh Ni-cd蓄电池直接供电。
1.1.2 路径识别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。
在高速度和预先判断算法的前提下，摄像头可能是寻找路径规迹的最好选择。
因为MC9S12DG128的运算处理和AD采样速度有限，因此确定合理的采样次数和合理的处理摄像头的数据是十分重要的。
舍弃非关键数据进行数据简化和制定高效率的路径规划也是一个难题。
1.1.3 直流电动机驱动直流电机的控制一般由单片机产生的PWM信号配以H桥路来完成。
为了得到更大的驱动电流和较好的刹车效果，选用低内阻的MOS管和适当的反向驱动也是必需的。
MOS管我们选取了IRF4905和IRFZ48N，在MOS管子的驱动方面我们直接使用IR公司的IR4427双道驱动芯片。
具体的H桥电路见图1.1 。
1.2 智能车制作情况整个智能车控制系统分为4部分电路板，分别为路径识别模块，单片机模块，直流电机驱动模块和速度检测模块，还有串口通讯及调试接口。
飞思卡尔智能车技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告学校：队伍名称：参赛队员：带队教师：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六届“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：摘要随着现代科技的飞速发展，人们对智能化的要求已越来越高，而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业，汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。
同时，汽车生产商推出越来越智能的汽车，来满足各种各样的市场需求。
本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景，主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。
机械硬件方面，采用组委会规定的标准 A 车模，以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心，其他功能模块进行辅助，包括：摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等，来完成智能车的硬件设计。
软件方面，我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程，使用增量式PD 算法控制舵机，使用位置式PID 算法控制电机，从而达到控制小车自主行驶的目的。
另外文章对滤波去噪算法，黑线提取算法，起止线识别等也进行了介绍。
关键字：智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试第一章引言飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商，一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。
飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。
其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。
飞思卡尔公司生产的S12 是一个非常成功的芯片系列，在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。
杭州电子科技大学信息工程学院(电磁)-杭电信工1队技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：杭州电子科技大学信息工程学院队伍名称：杭电信工 1 队参赛队员：梁利锋何少华陈巍带队教师：尹克曾毓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六届“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：梁利锋何少华陈巍带队教师签名：尹克曾毓日期：2011.8.11目录关于技术报告和研究论文使用授权的说明 (II)摘要 ................................................................................................................................................ I V 第一章引言. (1)第二章机械结构部分 (2)2.1 舵机的固定与安装 (2)2.2 前轮的调整 (3)2.3 差速的调整 (4)2.4 整车重心的调整（静止状态） (4)2.5 半米的前瞻机械系统 (5)第三章传感器的选择和布局 (6)3.1 传感器的选择 (6)3.2 电磁感应线圈在磁场中的特性 (7)3.3 传感器布局 (9)第四章硬件电路模块 (11)4.1 控制器模块 (12)4.2 路径识别模块 (13)4.3 电源模块 (15)4.4 测速模块 (16)4.5 电机驱动模块 (16)4.6 起跑线检测模块 (17)4.7 LCD液晶显示与键盘模块 (18)4.8 单片机控制模块 (18)第五章智能车软件设计 (20)5.1 控制总流程 (20)5.2 导线位置提取 (20)5.3 系统控制算法 (21)第六章开发与调试 (23)第七章智能车技术参数说明 (24)第八章鸣谢 (25)第九章总结 (I)附录A 电路原理图 (II)附录B 核心算法子程序 (VI)摘要本智能小车以飞思卡尔16 位微控制MC9S12XS128 作为唯一的核心控制单元，采用电感线圈和干簧管获取道路信息，通过设计简单的PID 速度控制器和简单的PID 方向控制器实时调整小车的速度与转角。
第六届 电磁一队技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：安徽科技学院队伍名称：电磁一队参赛队员：叶明明陶丰元何雅琼带队教师：权悦梁磊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六届“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 (4)1.1概述 (4)1.2技术报告结构 (4)第二章设计方案概述说明 (5)2.1设计思路及方案的总体说明 (5)2.2系统各模块实现简介 (6)第三章机械及硬件电路设计 (7)3. 1机械设计 (7)3.1.1 电磁传感器的安装 (8)3.1.2 PCB主板的固定 (8)3.1.3 测速电路模块的安装 (8)3.1.4 舵机的安装 (9)3.2 车模的机械调校 (9)3.2.1底盘高度 (9)3.2.2前轮定位 (9)3.2.3 差速的调节 (9)3.3硬件电路设计 (10)3.3.1 电源管理模块 (10)3.3.2 主控模块 ................................ 错误！未定义书签。
3.3.3 BDM模块................................. 错误！未定义书签。
3.3.4 接口模块 ................................ 错误！未定义书签。
3.3.5 电机驱动模块 ............................ 错误！未定义书签。
3.3.6 电磁传感器电路 (13)第四章软件设计 (15)4.1传感器的测量算法 (16)4.2舵机的PD控制 (17)4.3增量式编码器的控制 (17)4.4速度PID控制算法及其改进形式 (18)第五章开发调试过程及主要参数 (20)5.1开发工具 (20)5.2制作调试过程说明 (20)5.3智能车主要技术参数 (22)5.4存在问题及改进方法 (23)5.5总结 (24)参考文献/参考程序............................... 错误！未定义书签。
飞思卡尔智能车技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告学校：队伍名称：参赛队员：带队教师：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六届“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：摘要随着现代科技的飞速发展，人们对智能化的要求已越来越高，而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业，汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。
同时，汽车生产商推出越来越智能的汽车，来满足各种各样的市场需求。
本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景，主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。
机械硬件方面，采用组委会规定的标准 A 车模，以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心，其他功能模块进行辅助，包括：摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等，来完成智能车的硬件设计。
软件方面，我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程，使用增量式PD 算法控制舵机，使用位置式PID 算法控制电机，从而达到控制小车自主行驶的目的。
另外文章对滤波去噪算法，黑线提取算法，起止线识别等也进行了介绍。
关键字：智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试第一章引言飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商，一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。
飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。
其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。
飞思卡尔公司生产的S12 是一个非常成功的芯片系列，在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。
智能车电磁组技术报告-图文
智能车电磁组技术报告-图文第八届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛技术报告目录摘要 ...................................................... ........................................................ 错误！未定义书签。
目录 ...................................................... ......................................................... ............................... II 第一章引言 ...................................................... ......................................................... (1)1.1 比赛背景介绍 ...................................................... ......................................................... .. 1 1.2 本文章节安排及文献综述 ...................................................... ....................................... 1 第二章方案选择 ...................................................... ......................................................... (1)2.1系统组成模型及控制算法 ...................................................... . (1)2.1.1 系统结构与模型 ...................................................... ........................................... 1 2.1.2模糊PID控制器设计 ...................................................... .................................... 2 2.2 测量模块方案选择 ...................................................... (3)2.2.1 路径检测模块 ...................................................... ............................................... 3 2.2.2 速度检测模块 ...................................................... ............................................... 3 2.2.3起跑线检测模块 ...................................................... ........................................... 3 2.3 控制模块方案选择 ...................................................... (4)2.3.1 路径控制模块 ...................................................... ............................................... 4 2.3.2 速度控制模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4 执行模块方案选择 ...................................................... (7)2.4.1 路径执行模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4.2 方向执行模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4.3 速度执行模............................................... 7 2.5本章小结 ...................................................... ......................................................... ........... 8 第三章机械结构设计 ...................................................... ......................................................... . (9)3.1 智能车参数要求 ...................................................... . (9)3.2 车模组装与改造 ...................................................... . (9)3.2.1 车模组装 ...................................................... . (9)3.2.2 前轮定位的调整 ...................................................... ........................................... 9 3.2.3 差速的调 (10)3.2.4 舵机力臂的调整 ...................................................... ......................................... 10 3.3 电感线圈的安装 ...................................................... (11)3.4光电编码器的安装 ...................................................... .................................................. 12 3.5 电路板的固定与安装 ...................................................... ............................................. 12 3.6 车模技术参数 ...................................................... .........................................................13 第四章硬件系统设计与实现 ...................................................... .. (14)4.1 电源模块 ...................................................... (14)4.1.1 电源保护 ...................................................... .. (15)4.1.2 降压稳压电路设计一 ...................................................... (15)II4.1.3 降压稳压电路设计二 ...................................................... ................................. 16 4.1.4 电源模块小结 ...................................................... ............................................. 16 4.2 路径识别模块 ...................................................... .........................................................17 4.3 电机模块 ...................................................... ......................................................... ........ 18 4.4 舵机模块 .............................................................. 19 4.5 测速传感器模块 ...................................................... .. (19)第五章软件系统设计与实现 ...................................................... .. (20)5.1 系统初始化 ...................................................... ......................................................... .... 20 5.2路径识别算法分析及选定 ...................................................... ...................................... 20 5.3基于电感线圈排布理论分析 ...................................................... .................................. 21 5.4电感线圈传感器接收防干扰算法....................................................... .. (24)5.4.1结构化赛道导线之间干扰的消减: ..................................................... ................ 24 5.4.2电感线圈传感器之间的干扰的消................. 24 5.4.3车子上工作的PWM信号和电机工作时产生的磁场对电感线圈干扰的消减 .............. 24 5.5 舵机控制算法 ...................................................... .........................................................255.5.1车体与舵机转角方向测定....................................................... .......................... 25 5.5.2舵机转向角度分配 ...................................................... ...................................... 26 5.5.3舵机PID整定 ...................................................... .............................................. 26 5.6电机PID速度控制算法 ...................................................... (26)5.6.1测试开环与闭环控制响应曲线 ...................................................... ................... 27 5.6.2测试开环控制下PWM占空比与电机转速之间的关系 . (28)5.6.3 bang_bang 控......................................... 29 5.6.4 PID控制 ...................................................... (31)5.6.5 PID参数整定 ...................................................... .............................................. 32 5.6.6速度分配 ...................................................... (32)第六章开发与调试 ...................................................... ......................................................... (34)6.1 软件开发环境介绍 ...................................................... ................................................. 34 6.2 智能车整体调试 ...................................................... .. (35)6.2.1 舵机调试 ......................................................6.2.2 电机调试 ...................................................... .. (35)6.2.3 整体调试 ...................................................... .. (36)III第一章引言1.1 比赛背景介绍1.2 本文章节安排及文献综述本文系统的介绍了制作智能模型车的各项技术。
飞思卡尔智能车竞赛光电平衡组技术报告
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告关于技术报告和研究论文使用授权地说明本人完全了解第八届“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地规定，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地设计方案、技术报告以及参赛模型车地视频、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：带队老师签名：日期：摘要本文介绍了常熟理工学院物电电磁一队电磁车地成果.智能车地硬件平台采用带MC9S12XS128 处理器，软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境，车模采用大赛组委会统一提供地A型车模.文中介绍了智能车机械结构调整，传感器电路设计，舵机、电机控制算法以及起跑线地检测等.车模以MC9S12XS128单片机为控制核心，以安装在车体前地工字电感作为循迹传感器，采用干簧管检测起跑线，以欧姆龙编码器检测速度信息.车模系统地简单工作原理是MC9S12XS128单片机通过AD口采集电感检测地拟量，并通过算法处理，然后返回值用于舵机控制，根据编码器返回值进行电机地闭环控制.通过串口，借用蓝牙等工具进行舵机PD参数，电机PID地调节，以及整定传感器参数地整合处理.关键字：智能车、电机PID控制、舵机PD控制、电磁寻线目录第一章总体方案设计----------------------------------------------------------------- 6第二章智能车机械结构调整与优化---------------------------------------------- 82.1 主销内倾 -------------------------------------------------------------- 92.2 主销后倾 -------------------------------------------------------------- 92.3 外倾角---------------------------------------------------------------- 102.4 车轮安装示意图如下：------------------------------------------- 122.5 舵机地安装--------------------------------------------------------- 122.6 舵机安装示意图如下：------------------------------------------- 132.7 小结-------------------------------------------------------------------------- 13第三章电路设计说明--------------------------------------------------------------- 133.1 电源模块 ------------------------------------------------------------------- 143.2 传感器模块 ---------------------------------------------------------------- 143.3 电机模块 -------------------------------------------------------------------- 153.4 舵机模块 -------------------------------------------------------------------- 153.5最小系统板设计 ----------------------------------------------------------- 163.6系统主板设计 -------------------------------------------------------------- 173.7小结--------------------------------------------------------------------------- 17第四章智能车控制软件设计说明 ------------------------------------------------ 194.1 软件设计总体框架------------------------------------------------------- 194.2 电机PID控制 ------------------------------------------------------------ 194.3 舵机地控制 ---------------------------------------------------------- 234.4 传感器数据地处理------------------------------------------------------- 244.5 小结-------------------------------------------------------------------------- 24第5章开发工具、制作、安装、调试过程说明 ----------------------------- 245.1 软件编译环境 ------------------------------------------------------ 245.2 显示模块 ------------------------------------------------------------- 255.3 蓝牙调试模块 ------------------------------------------------------ 255.4 上位机调试 --------------------------------------------------------- 265.5 本章小结 ------------------------------------------------------------ 27模型车地主要技术参数说明 ------------------------------------------------------- 28结论 -------------------------------------------------------------------------------------- 29参考文献 -------------------------------------------------------------------------------- 30附录A：程序源代码 ---------------------------------------------------------------- 31引言智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体地综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型地高新技术综合体.目前对智能车辆地研究主要致力于提高汽车地安全性、舒适性，以及提供优良地人车交互界面.近年来，智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究地热点和汽车工业增长地新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展地智能交通系统当中.熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
北京科技大学电磁组一队技术报告解读
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：北京科技大学队伍名称：北京科技大学电磁一队参赛队员：山峰刘刚郭文俊带队教师：张文明杨珏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八届“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：引言引言自从第五届出现磁导组开始到今年第八届比赛，电磁小车已经在智能车的赛道上奔驰了4年，从第六届取消了前瞻长度的限制，电磁车速度开始有了质的飞跃，第七届改成直立状态行走后，虽然对速度有一定的影响，但也以其独特魅力和新的技术挑战让参赛者向往不已，到今年第八届改回四轮行进方式并采用了A车模，小车的速度再次出现大幅提升。
经过四年的探索，电磁小车的传感器及传感器布局都已经几近相同，考验车手的更多的将是细节。
本文中，我们小组通过对小车设计制作整体思路、电路、算法、调试、车辆参数的介绍，详尽地阐述了我们的思想和创意，具体表现在电路的创新设计，以及算法方面的独特想法，而对单片机具体参数的调试也让我们付出了艰辛的劳动。
这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们共同努力后的成果。
在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用，在此要感谢清华大学，感谢他们将这项很有意义的科技竞赛引入中国；也感谢北京科技大学相关学院对此次比赛的关注，我们的成果离不开学校的大力支持及指导老师悉心的教导；还要感谢的是和我们一起协作的队员们，协助，互促，共勉使我们能够走到今天。
第八届全国大学生智能汽车总决赛赛技术报告目录引言 ...................................................................................................... - 1 -目录 ...................................................................................................... - 2 -第一章方案设计................................................................................. - 5 -1.1系统总体方案的设计 ........................................................................ - 5 -1.2系统总体方案设计图 ........................................................................ - 6 -第二章智能车机械结构调整与优化 .................................................... - 7 -2.1智能车车体机械建模 ........................................................................ - 7 -2.2智能车前轮定位的调整 .................................................................... - 8 -2.2.1主销后倾角 ............................................................................ - 8 -2.2.2主销内倾角 ............................................................................ - 8 -2.2.3车轮外倾角 ............................................................................ - 8 -2.2.4前轮前束 ............................................................................... - 9 -2.3智能车转向机构调整优化 ................................................................ - 9 -2.4智能车后轮减速齿轮机构调整 ...................................................... - 11 -2.5 编码器的安装 ................................................................................. - 11 -2.6 智能车重心位置的调整 ................................................................. - 12 -2.7其它机械结构的调整 ...................................................................... - 12 -第三章电路设计说明........................................................................ - 13 -3.1 主控板和驱动板的硬件设计 ......................................................... - 13 -3.1.1 电源管理模块 ..................................................................... - 13 -3.1.2 电机驱动模块 ..................................................................... - 14 -目录3.1.3 数模转换模块 ..................................................................... - 14 -3.1.4单片机及其他电路部分设计 ............................................. - 15 -3.2 智能车传感器模块设计 ................................................................. - 18 -3.2.1电感传感器的原理 .............................................................. - 18 -3.2.2磁传感器信号处理电路 ...................................................... - 18 -3.2.3磁传感器的布局原理及改进 .............................................. - 21 -第四章智能车控制软件设计说明...................................................... - 23 -4.1底层初始化 ...................................................................................... - 23 -4.2传感器采集处理算法 ...................................................................... - 23 -4.3寻线行驶算法实现 .......................................................................... - 24 -4.3.1定位算法 .............................................................................. - 24 -4.3.2基于位置式PID的方向控制 .............................................. - 26 -4.3.3基于增量式PID的速度控制 .............................................. - 28 -4.3弯道策略分析 .................................................................................. - 28 -4.4弯道策略制定 .................................................................................. - 30 -第五章开发工具、制作、安装、调试过程说明 ................................ - 33 -5.1 开发工具 ......................................................................................... - 33 -5.2 调试过程 ......................................................................................... - 33 -5.2.1 上位机系统 ......................................................................... - 33 -5.2.2 控制算法的参数整定 ......................................................... - 35 -5.3 整车机械方面的调整 ..................................................................... - 36 -第六章模型车的主要技术参数说明 .................................................. - 37 -第八届全国大学生智能汽车总决赛赛技术报告6.1 智能车外形参数 ............................................................................. - 37 -6.2 电路部分参数 ................................................................................. - 37 -6.3 传感器个数以及种类 ..................................................................... - 37 -6.4 除了车模原有的驱动电机、舵机之外伺服电机数量 ................. - 37 -6.5赛道信息检测精度、频率 .............................................................. - 37 -结论 .................................................................................................... - 38 -参考文献............................................................................................. - 39 -附录程序源代码 (I)第一章方案设计第一章方案设计本章主要简要地介绍智能车系统总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。
南昌大学江铃电磁一队技术报告
第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：南昌大学队伍名称: 江铃电磁一队参赛队员：杜利平黄海林徐海强指导老师：武和雷王光辉I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八届“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：II摘要该系统以Freescale 32位单片机K60P144M100SF2作为系统控制处理器，采用电磁检测获取赛道路况信息，利用欧姆龙编码器测速，控制舵机实现系统的闭环控制，保证模型车能够稳定运行。
在机械结构上，本设计做了一些改进和创新，对舵机的安装位置和高度做了一些调整，对电磁传感器的摆设也做了调整，这对提高车模的稳定性打下了基础。
硬件电路部分选用电源管理芯片LM2940-5.0和LM1117-3.3V以及LM2941-6V组成的降压稳压电路为系统的各功能模块提供工作电源，供电电池为7.2伏，采用LM1117-3.3V为单片机系统、干簧管、蓝牙等模块供电；采用LM2940-5.0V为电磁检测模块、速度采集模块提供5伏电源；采用LM2940-6v 的降压稳压电路为舵机提供6伏电源；采用MC34063升压芯片，升压至12伏为电机驱动模块开启MOS管提供电压；采用IRF3205-NMOS搭建H桥模块稳定、有利地驱动直流电动机，可获得电机的最佳性能：高速、快速响应和高起动频率；这为智能车的稳定工作提供了可靠的保证。
软件部分主要包括以下内容：(1)主控芯片各功能的初始化；(2)传感器信号的获取，(3)利用经典PID算法进行路径识别和速度控制。
本系统应用IAR开发工具进行编程，用BDM进行程序下载，利用蓝牙无线串口传输的数据，完成了软件的设计、编程和调试工作，很好的实现了路径识别的功能。
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第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文以第十届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了基于电磁导航的智能赛车控制系统软硬件结构和开发流程。
该系统以Freescale半导体公司32 位单片机MK60DV510ZVLQ100为核心控制器,使用IAR6.3程序编译器，采用LC选频电路作为赛道路径检测装置检测赛道导线激发的电磁波来引导小车行驶，通过增量式编码器检测模型车的实时速度，配合控制器运行PID控制等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。
同时我们使用集成运放对LC选频信号进行了放大，通过单片机内置的AD采样模块获得当前传感器在赛道上的位置信息。
通过配合Visual Scope，Matlab等上位机软件最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。
实验结果表明，该系统设计方案可使智能车稳定可靠运行。
关键字：MK60DV510ZVLQ100，PID控制，MATLAB，智能车第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告目录第一章引言 (5)第二章系统方案设计 (6)2.1系统总体方案的设计 (6)2.2系统总体方案设计图 (6)电磁传感器模块 (7)控制器模块 (7)电源管理模块 (7)编码器测速模块 (7)舵机驱动模块 (8)起跑线检测模块 (8)人机交互模块 (8)测距模块 (8)第三章机械结构调整与优化 (8)3.1智能车前轮定位的调整 (8)主销后倾角 (9)3.1.2主销内倾角 (9)3.1.3 前轮外倾角 (10)3.1.4 前轮前束 (10)3.2 舵机的安装 (11)3.3编码器安装 (12)3.4车体重心调整 (12)3.5传感器的安装 (13)3.6测距模块的安装 (14)第四章硬件电路设计 (15)4.1单片机最小系统 (15)4.2电源管理模块 (16)4.3电磁传感器模块模块 (17)4.3.1 电磁传感器的原理 (17)4.3.2 信号的检波放大 (18)4.4编码器接口 (19)4.5舵机驱动模块 (20)4.6电机驱动模块 (20)4.7人机交互模块 (21)第五章控制算法设计说明 (22)5.1主要程序流程 (22)5.2赛道信息采集及处理 (23)5.2.1 传感器数据滤波及可靠性处理 (23)5.2.2 位置偏差的获取 (25)5.3 控制算法实现 (27)5.3.1 PID算法原理简介 (27)5.3.2基于位置式PID的方向控制 (31)5.3.3 基于增量式PID和棒棒控制的速度控制 (31)5.3.4 双车距离控制和坡道处理 (33)第六章系统开发与调试 (34)6.1开发环境 (34)6.2上位机显示 (35)6.3车模主要技术参数 (36)第七章存在的问题及总结 (37)7.1 制作成果 (37)7.2问题与思考 (37)7.3不足与改进 (37)参考文献 (38)附录A 部分程序代码 (39)第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告第一章引言随着科学技术的不断发展进步，智能控制的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。
智能车技术依托于智能控制，前景广阔且发展迅速。
目前，掌握着汽车工业关键技术的发达国家已经开发了许多智能车的实验平台和商品化的车辆辅助驾驶系统。
有研究认为智能汽车作为一种全新的汽车概念和汽车产品，在不久的将来会成为汽车生产和汽车市场的主流产品。
全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。
竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛本次比赛分为光电、摄像头和电磁三个赛题组，在车模中使用透镜成像进行道路检测方法属于摄像头赛题组，使用电磁信号巡线属于电磁赛题组，除此之外则属于光电赛题组。
其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。
竞赛要求在规定的汽车模型平台上，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位微控制器作为核心控制模块，制作完成一个能够自主识别道路的模型汽车。
参赛队员的目标是模型汽车需要按照规则以最短时间完成单圈赛道。
自从第五届出现磁导组开始到今年第十届比赛，电磁小车已经在智能车的赛道上奔驰了6年。
至此智能车比赛十周年之际，电磁组小车首次采用双车追逐的形式展开比赛，大大增加了电磁组比赛的观赏性，但同时也给小车的控制方案上带来了不小的挑战，经过不断的努力，我们最终解决了各种问题，使两辆小车稳定的运行在同一条赛道上并且保证了双车间距不会太远。
第二章系统方案设计本章主要介绍了系统整体方案的设计与组成，在后面的几个章节中将详细介绍系统的机械结构设计，硬件电路设计，以及车辆控制算法等。
2.1系统总体方案的设计根据竞赛规则相关规定，智能车电磁组采用大赛组委会统一提供的B型车模或B车模加其他型号的车模组合的形式。
由于今年电磁组首次采用双车追逐的方式行进，为了控制算法的简便，我们尽可能的保持双车机械结构上的一致性，我们选择了两辆车均使用B车模，这样做的原因是可以减少双车控制的工作量，将更多的时间用在车辆稳定性控制和双车配合的控制上。
在控制器的选择上我们采用飞思卡尔公司生产的MK60N510ZVLQ100作为主控芯片，在IAR集成开发环境中进行控制算法调试。
赛车通过LC选频电路检测通电导线周围产生的稳定电磁信号，通过集成运放电路将小信号放大，使得单片机的内部AD能够直接识别该信号并将模拟信号转换为数字信号，单片机通过对数字型号的处理计算出小车的当前位置以及路径信息，发出控制信号控制舵机使之按照正确的路径行驶。
在速度控制上，通过编码器采集到脉冲信号并输入到单片机进行处理，得到车辆当前的速度信息，控制器综合当前的打角，实时速度，计算出一个适合当前路径的行驶速度，并通过PID算法计算PWM波的占空比提供控制信号控制电机驱动输出正确的等效电压来调节电机转速使得小车达到控制器的给定速度。
2.2系统总体方案设计图图2.2智能车总体结构图第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告根据以上系统方案设计，智能车共包括：电磁传感器模块，K60核心板，电源管理模块，编码器测速模块，舵机驱动模块，电机驱动模块，起跑线检测模块，按键、拨码开关及液晶显示模块，超声波及红外收发模块，各模块的组成及作用如下：电磁传感器模块电磁传感器模块共由三部分组成，LC选频电路、信号放大电路以及滤波电路。
由于赛道上漆包线中通过的是20KHz的变化电压，经过计算我们选择10mH工字电感和6.8nF的校正电容作为LC选频电路的器件。
LC选频网络的输出电压幅值大约在20到100mV左右，因此需要对信号进行放大，综合比较了LMV358，INA128，OPA2350，等器件之后我们最终选择了OPA2350作为放大电路的运放芯片。
OPA2350具有38MHz的通频带宽，轨到轨的输入输出特性，低电压偏移特性，完全能够满足智能车信号处理中的小信号放大应用。
滤波电路我们选择了二倍压整流电路加RC滤波的方式，实验表明该滤波电路具有较好的滤波效果。
控制器模块我们选择组委会规定可以使用的飞思卡尔公司生产的MK60DN512ZVLQ100作为主控芯片，它具有丰富的片上资源,较高的主频，芯片稳定性高。
完全能够满足智能车调试过程中的各种需要。
电源管理模块智能车主控板上根据不同模块需求，需将电池电压转换为3.3V,5.0V以及12V电压为各个模块供电，我们选择了TPS7333,AMS1117-3.3,AMS1117-3.3，MC34063等器件为模块提供电压。
编码器测速模块为了实现速度闭环控制，我们采用了采用200线编码器采集实时速度。
并使用了单片机内部的正交解码模块进行脉冲计数，实现实时速度解算与控制。
舵机驱动模块我们采用了组委会规定的SD-5数字舵机作为方向控制执行器。
SD-5具有工作频率高，反映速度快的特性。
起跑线检测模块本届智能车比赛电磁组起跑线检测和往届一样，通过检测赛道上的强磁实现车辆的停止，因此我们采用常开型干簧管作为起跑线检测的装置。
当磁场超过一定强度，干簧管的常开触头闭合，车产生一个电平信号输送到单片机，控制器针对此信号发出正确的动作信号。
人机交互模块人机交互模块包括：液晶显示，按键和拨码开关。
在智能车参数调整过程中，通过液晶上显示数据，按键和拨码开关修改参数，省去了反复下载程序的过程，为调试节省了大量的时间。
测距模块测距模块包括超声波发射和接收，红外发射和接收。
前车发射红外信号和超声波信号，由于红外信号传播的速度非常快，传输时间基本可以忽略不计，后车通过测量红外信号和超声波信号到达的时间差就能测算出前后车的距离。
第三章机械结构调整与优化3.1智能车前轮定位的调整模型车在过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。
受离心力的作用，内侧前轮可能在急转弯时微微翘起，甚至将轮胎剥离轮毂，轻者转弯不流畅重者导致转向失败。
为了尽可能降低转向舵机负载，我们对前轮定位进行了调整。
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。
前轮定位参数主要包括：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。
第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告主销后倾角主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角。
它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的回正力矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。
所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动回正的能力就越强，但是过大的回正力矩会使车辆转向沉重。
通常主销后倾角值设定在1°到3°。
如图3-1-1图 3-1-1 主销后倾示意图模型车通过增减黄色垫片的数量来改变主销后倾角的，由于竞赛所用的转向舵机力矩不大，过大的主销后倾角会使转向变得沉重，转弯反应迟滞，所以设置为0°，以便增加其转向的灵活性。
3.1.2主销内倾角主销内倾角是主销轴线与地面垂直线在汽车横向切面内的夹角，有使车轮自动回正的作用，小车转向时路面作用在后轮上的阻力矩也会减小，从而可减小转弯时舵机施加在转向力臂上的力，使转向操纵轻便，通常其调整范围为 0-10 度。
如图3-1-2图3-1-2 主销内倾角示意图3.1.3 前轮外倾角前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，对汽车的转向性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。
在汽车的横向平面内，轮胎呈“八”字型时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为正外倾。
如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。