四轮小车控制系统的软硬件结构和开发流程-智能车技术报告-中原工学院信息商务学院—光电组资料.docVIP

第十一届“恩智浦杯”全国大学生 智能汽车竞赛技术报告 学 校：中原工学院信息商务学院 队伍名称：倔强小毛驴 参赛队员：王超 张佑宇 雷达 带队教师：李伟峰 王双玲  摘要 本文以第十一届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了四轮小车控制系统的软硬件结构和开发流程。参加该比赛我们采用的是大赛组委会统一指定的C型车模，以恩智浦半导体公司生产的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，使用TSL1401系列的线性CCD进行赛道信息采集。整个系统涉及硬件电路设计、控制策略、整车机械架构等多个方面。为提高在高速运行下的稳定性，测试了不同方案的设计，并使用Matlab进行了大量的数据分析以及上位机的设计调试，确定了现有的整车架构和相关控制参数。并根据TSL1401采集到的赛道信息通过软件进行路径规划，以控制舵机的转向和后轮的差速，完成车的智能行走。 关键词：智能车，MC9S12XS128，TSL1401 目录 摘要 1 引言 1 第一章 方案设计 1 1.1硬件系统总体方案的选定 1 1.2软件系统总体方案的设计 2 1.3车体技术参数 4 第二章 智能汽车机械结构调整与优化 5 2.1 智能汽车车体机械概述 5 2.2 车模机械结构的调整与改装 6 2.2.1 舵机改装 6 2.2.2 底盘改装 7 2.2.3 前轮定位 8 2.2.4 主销内倾，主销后倾 9 2.2.5 前轮前束 10 2.2.6 轮胎磨合 11 第三章 硬件控制电路设计 13 3.1硬件方案设计 13 3.2电源模块 13 3.3最小系统板 14 3.4驱动板 15 3.5传感器和辅助模块 16 第四章 软件算法设计与控制策略 18 4.1 PID 控制 18 4.1.1 PID 控制简介 18 4.2 舵机位置式 PD 控制 19 4.3 电机增量式 PI 控制 20 4.4 赛道提取中心 21 4.5 障碍识别 24 4.6 速度控制策略 24 4.7 停车控制策略 26 4.8 双轮差速控制策略 27 第五章 开发工具与调试说明 30 5.1 开发工具 30 5.2 调试工具 31 5.2.1 蓝牙无线调试 31 5.2.2 上位机 31 6.2.3 辅助调试 31 第六章 总结 32 参考文献： I 附录A： I  引言 “恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛是一项以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛，由教育部高等学校自动化教学指导委员会主办、恩智浦半导体公司协办。现在，该赛事已发展成为教育部面向全国大学生的大型专业竞赛之一，对培养学生的综合工程能力、创新精神、实践动手能力及团结协作精神均具有良好的促进作用。 比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模、单片机、开发软件和在线调试工具的基础上制作一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上识别道路自主行驶，在不违反规则的情况下以最短时间完成比赛。 通过将近一年的准备、学习、制作以及调试，我们的小车实现了大赛基本的要求，并顺利进入全国赛。在这一年的时间里，我们汲取历届比赛留下来的精华，不断创新，一步一个脚印，理论联系实际，使我们的动手实践能力，团队合作能力有了较大的提升。 我们的智能车系统以恩智浦16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，软件平台为CodeWarrior IDE v5.1，车模采用大赛组委会统一提供的 C型车模，赛道传感器选用线性CCD，速度传感器选用光电编码器,电机驱动采用经优化的全桥电路，自主构思控制方案进行系统设计，完成了智能车的制作和调试。在该技术报告中，我们详细介绍了智能车系统的软硬件结构及设计开发过程。 其中， 第一章介绍了小车的总体方案； 第二章介绍了小车的机械结构及修改； 第三章详细介绍了小车的硬件电路设计； 第四章详细介绍了小车的软件设计和相关算法； 第五章介绍了单片机软件开发工具和我们在调试时所采用的外围模块； 第六章做出了对我们做车一年的总结心得。 第一章 方案设计 本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路。 1.1硬件系统总体方案的选定 本届智能汽车大赛光电组比赛对传感器有着严格的规定，依然禁止使用激光传感器，我们使用统一的线性CCD，CCD与传统的光电传感器相比有着信息量大，质量轻，电路简单的特点，但是也会有成像失真，静电干扰严重，光线干扰等问题。在今年的规则里新添加了路肩。路肩的设置对于高速运行的小车来说增加了不稳定性，小车只要撞到上面就会造成小车震荡，轻之会使车减速，重之会卡住底盘架空小车比赛失败，所以小车的稳定性对比赛来说至关重要。要保证小车运行中减少误差，必须有较好的机械结构和较为成熟的程序