嵌入式课程设计--智能循迹小车设计.docx

嵌入式课程设计技术报告基于MC9S12XS128的智能循迹小车学 号： 0862510137 姓 名： XXXXXXXX 任课老师： 粱 瑞 宇 组 员： XXXXXXX XXXXXXX 目录第一章方案设计31.1 系统总计方案的选定31.2 系统总计方案的设计31.3 小结4第二章模型车机械设计说明52.1 车体组装52.2 车模的调整52.2.1 主销后倾角的调整52.2.2 前轮外倾角的调整52.2.3 前轮前束62.2.4 底盘离地间隙的调整62.2.5 后悬挂纵向减震弹簧刚度调整72.2.6 后轮距的调整72.2.7 齿轮传动机构调整82.2.8 后轮差速机构调整82.3 舵机的改装及安装8第三章电路设计103.1 电源模块103.2 电机驱动模块103.3 核心板模块113.4 串口模块113.5 测速模块113.6 信号采集模块123.6.1 光电传感器原理123.6.2 激光传感器设计123.7 人车接口模块13第四章智能汽车控制软件设计144.1光电传感器路径精确识别技术144.1.1光电传感器路径识别状态分析144.1.2 光电传感器路径识别算法154.2 弯道策略分析164.3 弯道策略制定17第五章开发工具、制作、安装、调试过程195.1 开发工具195.2 调试过程19参考文献20方案设计1.1 系统总计方案的选定通过学习竞赛规则和往届竞赛相关技术资料了解到，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，因此确定路径识别模块的类型是决定智能车总体方案的关键。而目前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有电磁传感器、光电传感器和CCD/CMOS传感器。电磁传感器寻迹方案的优点是磁场连续，采集到的磁信号不受外界干扰，但是前瞻很小；光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限；CCD摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处理和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之一。在比较了两种传感器优劣之后，考虑到CCD传感器图像处理的困难及收光线影响大后，决定选用激光传感器，通过调节激光的焦距来获得理想东风前瞻，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，激光传感器还是可以极好的控制效果的。1.2 系统总计方案的设计我们小组采用飞思卡尔的16位微控制器MC9S12XS128单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。在选定智能车系统采用光电传感器方案后，赛车的位置信号由车体前方的光电传感器采集，经S12 MCU的I/O口处理后，用于赛车的运动控制决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机对智能车进行加速和减速控制，以及伺服电机对赛车进行转向控制，使赛车在赛道上能够自主行驶，并以最短的时间最快的速度跑完全程。为了对赛车的速度进行精确的控制，在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，经MCU捕获后进行PID自动控制，完成智能车速度的闭环控制。根据以上系统方案设计，赛车共包括七大模块：MC9S12XS128主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块和辅助调试模块。如图1.1所示。各模块的作用如下：MC9S12XS128主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。传感器模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的赛道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。辅助调试模块主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。MC9S12XS128激光传感器BTS7960驱动直流电机智能汽车后轮测速模块译码器无线模块伺服电机智能汽车前轮伺服电机上位机图1.1系统方案结构图1.3 小结本章重点分析了智能车系统总体方案的选择，并介绍了系统的总体设计，以及简要地分析了系统各模块的作用。在今后的章节中，将对整个系统机械结构、控制模块和控制算法等三个方面的实现进行详细介绍。模型车机械设计说明2.1 车体组装 此次比赛选用的赛车车模采用 1：10 的仿真车模。赛车机械结构只使用竞赛提供车模的底盘部分及转向和驱动部分。控制采用前轮转向，后轮驱动的方案，同时将传感器在不超过比赛规则的情况下尽量向前伸，以使前瞻性最大。2.2 车模的调整 为了让赛车能在直道和弯道上高速稳定的通过，而且转弯比较灵巧，快速，除了有相应的软件和硬件电路的设计之外，赛车