预测较远距离的赛道情况技术报告-智能汽车设计技术方案报告

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1、第一届“飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告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，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：第一章引言1第二章小车模型的改造和安装3第三章各模块电路的方案选择和具体设计53」中央控制电路的设计53.2主电机驱动电路的选择和设计73.3速度检测元件的选择和电路设计93.4赛道检

2、测传感器的选择和电路设计113.5系统供电设计133.5.1主控制板的供电143.5.2各传感器的供电143.5.3电机的供电143.5.4舵机的供电143.6人机接口模块的设计15第四章控制软件的设计174.1驱动层软件设计174.1.1.系统时钟设置174.1.2.主电机和舵机驱动174.1.3速度检测的计数和处理184.1.4赛道检测的数据采集和处理194.2决策层软件计算法设计194.2.1上层传感器决策204.2.2下层传感器决策214.2.3速度闭环控制22第五章调试说明235」编译软件使用235.2硬件电路设计调试235.3软件算法效率的测试235.4机械结构调试23第六

3、章小车模型改造后的主要技术参数25第七章结论27参考文献I附录A迟滞比较器门限电压估算公式的推导III附录B系统源代码V第一章引言本设计采用MC9S12DG128单片机作为智能小车的检测和控制核心。测速装置使用红外槽形光耦对电机齿轮进行检测，通过对速度的检测，整个系统闭环控速，系统稳定性增强。电机控制模块使用集成的单片电动机控制芯片MC33886,主控制器按预定的运行规则和程序，发控制信号给电机控制芯片，对主电机转速进行调节，从而控制小车的加速和制动。赛道检测模块釆用双排红外反射传感器，通过样条算法，将赛道的走向和转弯的趋势较精确地计算出來，通过主控制器将转角信号送给舵机，实现小车的巡

4、线功能。在调试的过程屮采用友好的人机接口界面，清楚地显示小车运行的各项参数。本设计方案的主要特色有以下几方面：为使主控制器的电路达到最简，单独设计了主控制器的最小系统，简化了外围电路的设计，使主控系统达到最优。采用红外槽形光耦对屯机的主传动齿轮进行转速检测，由此经过计算得到车体速度，保证速度测量的准确性，其测量值可以满足对速度控制的要求，同时避免了采用高精度的光电码盘带来的设计上的复杂，简化了机械结构的设计。采用了双排红外反射式的传感器对赛道检测，可以预测较远距离的赛道情况，并采用三次样条函数对上层传感器进行计算，算出轨道的具体方位，由此对舵机进行控制，实现了较精确的转向控制。调试时采

5、用了128x64的点阵型液晶显示，使得显示信息丰富，界面友好。整个系统的系统构成如图l.lo第一届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告"7人机接口模块/主电机驱动电路7主电机图1MC9S12DG128小车模型1系统构成框图第二章小车模型的改造和安装根据比赛要求，舵机、主电机和电池部分未作任何改动，电池仍然固定在原位置，小车的改造主要侧重于印刷电路板和传感器的固定。基于小车重心的考虑，屮央控制屯路板固定在小车屮间靠前的位置，这样还可以避免主电机转动的干扰。电源设置在右侧靠近电池的位置。速度检测传感器（红外线槽形光耦）固定在电机旁边的变速齿轮处，光路固定在齿轮的齿上，以便将转速转换成电平的频率

6、信号。（具体原理见第三章）赛道检测传感器为两排红外反射传感器。前排用于预测，后排用于定位并对上层传感器计算出的位置信息进行校验。为了使预测的赛道尽可能远，前排的传感器用铝制的支架架起，与水平面成一定角度；而后排传感器则靠近车体,行驶弯道时可以起到很好的调节作用。第三章各模块电路的方案选择和具体设计3.1中央控制电路的设计中央控制电路是整个系统的核心，控制器完成主电机控制、寻线响应、舵机转动控制和速度获取等功能。其中对主电机和舵机的控制是很重要的任务。通常采用PWM信号來调节电机转速和舵机转角。Freescale公司推出的MC9S12DG128单片机具有PWM输出功能,而且其片上的PWM

7、功能具有独立的定时计数模块，极大地简化了硬件系统的设计。MC9S12DG128单片机有QFP-80和LQFP-112两种封装，考虑到系统可能会比较复杂，因此决定选用资源相对较丰富的LQFP-112封装的单片机作为主控制器。在电路设计上，采取了模块化的设计思想，整个电路由最小系统板和扩展板构成。最小系统板囊括了MC9S12DG128单片机系统的必要组成部分，包括时钟电路、锁相环滤波电路、A/D转换器滤波电路、调试用的LED、电源以及各I/O口接口