建立赛道可行区域感知系统技术报告-智能汽车设计技术方案报告

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1、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一届“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，HP：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11.1设计思路及技术方案说明11•2参考文献综述21.3技术报告章节安排2第二章智能车机械设计说明32.1光电传感器的安装32.2速度传感器的安装42.3系统电路板的安装及整体连接4第三章电路设计说明52.1电源管理模块53.

2、1.1蓄电池的充放电53.1.2采用LM1117的6V电路63.1.3采用LM2940的5V电路73.2传感器模块73.3伺服舵机模块83.4直流电机模块8第四章赛道信息的处理及控制算法134.1赛道信息的处理134.1.1赛道信息的检测134.1.2对信号的软件滤波154.2直流电机和舵机的软件控制164.2.1直流电机的软件控制164.2.2舵机的软件控制174.3程序流程图19第五章开发工具及制作调试过程说明205.1开发工具205.2调试过程说明205.3单片机资源的利用总结20第六章结论216.1模型车的主要技术参数说明216.2全文总结21第一章引言1.1设计思路及技术方案说明模

3、型车设计的核心思想便是建立赛道可行区域感知系统，使模型车在行驶过程屮对道路中心的黑线能够白动检测与识别，通过对视觉信息的处理确定车辆与道路的相对位置关系，通过执行机构调整模型车与道路的相对位置，使模型车在赛道屮心准确稳定行驶的同时又兼顾车速，尽量缩短单圈时间，从而达到“稳”和“快”的协调。对道路信息的正确检测与识别是完成比赛的基本要求。由于赛道的黑色引导线是唯一标志，无障碍物等其他要求，针对屮心黑线与白色赛道鲜明对比的特点，“北洋飞虎”智能车系统选用8对红外发射二极管和红外接收三极管作为路径识别传感器。由于发射的红外光落在黑线区域内的反射光线强度与在白色赛道上时不同，根据接收管的信息就可以判

4、断行车的方向。这种光电传感器寻迹方案有电路简单、信号处理速度快的优点。智能车系统以MC9S12DG128为核心。为了使智能车能以尽快的速度寻迹行驶，路径的及时识别、转向电机的及时执行以及直流驱动电机的调速要由S12单片机很好的协调控制。传感器以20nis/次的采集速度识别车体相对于道路的位置，将光电传感器采集的电压信号送入AD模块进行转换，单片机根据测得的A/D值采取比例控制算法控制舵机转向，驱动电机转速控制采用比例微分控制算法，由测速传感器反馈当前速度，构成的闭环控制系统，根据道路的弯直情况调节速度大小。通过设定标志变量的方法检测到车位于直道上行驶时，就会给定较高的速度；检测到位于弯道时，

5、就会给定较低的速度。实现赛车平稳高速行驶。智能车系统由电源模块、测速传感器模块、直流电机驱动模块、转向伺服电机驱动模块、单片机模块五个模块组成。系统结构图如图1・1所示。图1.1系统结构图1・2参考文献综述在第二章中，主要参阅了《韩国智能模型车设计方案分析》,《Protel99sc电路设计与仿真教程》等文献；第三章中，主要参阅了《机器人传感器及其应用》，《自动控制理论》，《微型计算机控制技术》等文献；第五章中，主耍参阅了《单片机嵌入式应用的在线开发方法》,《BDM_for_S12_TBDML_用户手册》等文献。在速度控制方而，我们使用了PID控制方法，并采用经典的PWM技术来控制驱动电机的速

6、度。1.3技术报告章节安排在第二章里，主要介绍模型车的机械设计；在第三章里，主要介绍各模块的电路说明；在第四章里，主要介绍道路的识别及其处理以及赛道信息模型建立的算法；在第五章里，对模型车的调试过程进行说明，包括调试的开发工具,制作连接过程和调试的过程；在第六章里，对模型车的主要技术参数作简要阐述，并对在整个制作调试阶段中遇到的问题，以及解决方法进行总结论述。第二章智能车机械设计说明2.1光电传感器的安装路径识别模块是智能车系统的关键模块乞一，道路识别方案有许多种：由光电传感器寻迹，也有摄像头寻迹。我们最终采用光电传感器寻迹方案。虽然光电传感器寻迹方法可预测距离比较短，但和对面阵CCD外围电

7、路简单，信号处理速度快，实现成本也比较低，这些都是明显优于CCD的方而。不过管子的一致性略差，需要对信号进行软件滤波和经验补偿。光电传感器布局设计是系统的难点，在以往韩国的比赛中光电管的布局有“一”字形多种布局方法。设计初期曾试过中断与查询结合的寻迹方法，效果不太明显，这种方法有吋会造成查询与中断冲突，造成舵机响应不及时，经常冲出赛道。分析后光电传感器全部使用查询方法，并将传感器电路宽度增大，使黑色轨迹时刻不