飞思卡尔智能车河海大学Epsilon队技术报告.docVIP

第四届 全国大学生“飞思卡尔”杯 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校： 河海大学队伍名称： 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 本人完全了解第四届全国大学生“飞思卡尔”杯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： 目 录 第1章 引言 1 第2章 智能车设计分析 2 2.1 设计要求及设计思路 2 2.2 总体设计 2 2.3 方案论证 3 2.3.1 传感器设计方案 3 2.3.2 电机驱动模块方案选取 4 2.3.3 控制算法设计方案 5 第3章 智能车硬件设计 6 3.1 机械设计 6 3.1.1 车模结构特点 6 3.1.2 舵机位置 6 3.1.3 系统电路板的固定及连接 8 3.2 电路设计 8 3.2.1 主控制器模块 9 3.2.2 电源管理模块 10 3.2.3 寻迹传感器模块 12 3.2.4 测速传感器模块 14 3.2.5 电机驱动 14 3.2.6 舵机控制 16 第4章 智能车软件设计 17 4.1 总体流程图 17 4.2 输入量检测与计算 18 4.2.1 车速检测 18 4.2.2 小车位置检测 19 4.3 策略与控制量计算 19 4.3.1 转向控制 19 4.3.2 车速控制 20 4.3.3 本系统采用的速度调节控制策略 22 第5章 开发工具、制作调试过程 23 5.1 开发工具 23 5.2 制作调试过程 23 第6章 总结 25 6.1 模型车的主要技术参数说明 25 6.2 问题及改进方向 25 参考文献 27 致 谢 28 附 录 29 引言 第三届“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车邀请赛规定参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16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、动力电机驱动、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。大赛分光电与摄像头两个赛题组，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，除此之外则属于光电赛题组。本组设计的智能小车是基于红外传感器的，属于光电赛题组。 我们的技术报告以智能小车的设计为主线，包括小车的构架设计、软硬件设计，以及控制算法研究等，分为六章。其中，第一章为引言部分；第二章主要介绍了小车的总体设计；第三章对小车的硬件设计进行了详细的介绍，其中包括机械改造，电路设计两大部分；第四章描述了小车的软件设计和相关算法；第五章对开发工具、制作、安装、调试过程说明，以及模型小车的技术参数说明；第六章叙述了我们对设计的总结和展望。 智能车设计分析 设计要求及设计思路 智能车比赛以快速平稳地完成赛程为目标，比赛过程中若出现小车同时有两个轮子脱离跑道则被判为未能完成比赛，且要能跑完一圈后在起跑线后3米内停车，否则成绩加罚1秒。这就要求智能车能够准确提取赛道信息，及时作出合理的控制并迅速执行。赛道为白底黑线，白底宽60cm，黑线宽25mm，比赛允许选手自行设计传感器和控制电路，并编写控制程序，禁止改动舵机和轮胎等小车结构。 硬件是智能小车运行的基础，通过部件的合理布局、连接，机械结构设计改装，使车体结构稳定可靠，适合赛道特点。硬件电路的设计和制作都强调可靠性，同时将功能相对独立的控制处理模块和电机驱动模块单独制板，各独立的模块可以方便的升级。 作为有自主识别能力的智能车，稳定的硬件只是必要条件，而一套高效的软件则是小车的灵魂。软件负责协调各硬件模块有条不紊的工作，就是小车的中枢神经。软件的设计中主要包括赛道信息提取，赛道状况的判断，根据赛道状况得出不同的速度给定；并通过对速度信息的提取，经过一定算法使当前车速尽快逼近给定速度。 综上，小车的整体设计思路是通过稳定的硬件和高效的软件相结合保证小车以稳定为前提下，用最短的时间完成比赛。 总体设计 如图2.1所示，本智能车系统主要包括七大模块：电源管理模块、单片机控制模块、赛道信息采集模块、速度检测模块、舵机控制模块、电机驱动模块、辅助调试模块。 系统各个组成部分的主要功能如下： 电源管理模块：主要提供系统各模块正常工作所需要的电源。稳定、高效的电源模块是系统正常工作的基础。 单片机控制模块：本系统采用由Freescale公司生产的MC9S12XS128单片机作为系统的控制核心，它负责控制各个