过控课程设计报告书飞思卡尔智能车光电直立组

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1、课程设计报告书题目：飞思卡尔智能车光电直立组学院自动化科学与工程专业自动化教师评语教师签名：H期：成绩评定备注目录一、选题背景一・5二、方案论证二・62.1系统概述二・62.1.1直立行走任务分解二-62.1.2直立控制分析二・62.1.3速度控制分析二・62.1.4转向控制分析二・72.2整车布局二・72.2.1机械结构方面二・72.2.2硬件方面二・72.2.3软件方面二-72.3结构框图二・83.1机械结构设计与实现二-83.1.1车模二・83.1.2陀螺仪及加速度计固定结构设计二・83.1.3线性CCD传

2、感器固定结构设计二・83.1.4编码器的安装设计二・83.2硬件系统的设计与实现二-83.2.1硬件设计总体方案二・83.2.2系统电路的设计与实现二・93.2.2.1电源管理电路二・93.2.2.2驱动电路二・93.2.23测速模块二・93.224红外接收头模块二・93.2.2.5路径检测二・93.2.2.6调试模块二3.3软件系统的设计与实现113.3.1控制系统总体方案1133.1.1系统软件流程113.3..1.2PID算法工作原理1133.1.3锁相环初始化1133.1.4初始化主控的PWM模块1133

3、.1.5站立控制子程序（卡尔曼滤波）12四、结果分析134.1开发工具与系统调试134丄1软件开发工具134.1.2无线通信模块134.2车辆参数14五、课程设计总结14附录A.过程控制系统课程设计任务书172.1、研究对象1722、研究任务18附录B.系统电路图19附录C.主程序20基于线性CCD的光电平衡车设计一、选题背景木文以第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，该比赛受教育部高等教育司委托（教高司函［2005］201号文，附件1）,由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委

4、）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一，为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基木工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以飞思卡尔半导体公司

5、为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，己发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函［2007130号文）o全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制模块，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法软件开发、动力电机驱动等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实

6、时输出车体状态的智能车控制系统。在木届比赛上，使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模E车模套件，E车模的电机，采用飞思卡尔半导体公司的16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自主构思控制方案，进行软件以及硬件的设计，包括线性CCD传感器信号釆集处理、电机驱动、系统板和红外对管模块的开发等。制作的两轮平衡车能够在特别设计的赛道上自主识别路径，通过车模上两个后轮驱动自动行驶，并且实现自动停车。木技术报告将对光电平衡组的车子整体设计思路，硬件与软件的设计以及实现，机械结构的调试安装以及车子参数调试的过程进行简要

7、说明。二、方案论证2.1系统概述21.1直立行走任务分解根据比赛规则要求，维持车模直立行走的方案定为控制两个电机的旋转方向以及速度，从而控制车模的两个车轮的动作。光电平衡组的两轮车通过安装在车身上的陀螺仪和加速度计模块检测出车身倾斜角度以及倾斜角速度的大小，通过电路传输信号回单片机，处理釆集到的角度和角速度，实现小车的平衡控制以及前进控制。再通过线性CCD传感器采集赛道的信息为基础，单片机处理CCD釆集回來的信号，实现对小车的转向控制，进而使得小车能够在特定的赛道上进行循迹行驶。2.1.2直立控制分析我们先忽略速

8、度控制，仅仅考虑车模角度闭环系统，车模平衡是通过负反馈來实现的，与日常生活中保持木棒直立相似。也就是倒立摆模型控制，倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。通过看倒立摆车模受力分析图，我们能够得出，当车模发生倾斜角，我们通过传感器获得的信号给它加上方向相反、大小确