光电组智能汽车竞赛技术报告

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1、第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本课题是设计并实现一种基于MC9S12XS128微控制器为核心的导航智能车系统，通过线性CCD传感器和角度传感器检测跑道的路况，用光栅码盘检测模型车的速度，用陀螺仪测量车模的角速度，用红外对管判别停车。使用PID控制算法调节车模的直立以及驱动电机的转速，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。设计目标是使智能小车在特定的跑道上，能够保持直立，能够在弯曲不平的道路上自主循迹行进。报告介绍了总体的设计方案，小车直立与循迹原理，各个模块的硬件组成以及软件设计。硬件方面介绍小车电路系统板的制作，以

2、及电路的原理以及选型。软件方面介绍智能车的各个模块的初始化，速度控制等。辅助设计工具有无线通讯模块调试工具。实验结果表明本系统可靠稳定。关键字：MC9S12XS128、PID、陀螺仪V目录摘要III第一章引言1第二章系统总体方案设计32.1系统概述32.1.1直立行走任务分解32.1.2直立控制分析42.1.3速度控制分析52.1.4转向控制分析52.1.5停车控制62.2整车布局62.2.1机械结构方面72.2.2硬件方面72.2.3软件方面72.3结构框图7第三章机械结构设计与实现93.1车模93.2车模车身改装93.3陀螺仪及加速度计固定

3、结构设计103.4线性CCD传感器固定结构设计103.5光栅码盘的安装设计113.6红外对管停车识别模块的安装123.7主动轮松紧程度的调整12第四章硬件系统的设计与实现134.1硬件设计总体方案134.2系统电路的设计与实现134.2.1电源管理电路134.2.2驱动电路144.3测速模块154.4红外停车模块164.5路径检测164.6调试模块16第五章软件系统的设计与实现175.1控制系统总体方案17V5.1.1系统软件流程175.1.2PID算法工作原理185.1.3锁相环初始化185.1.4初始化主控的PWM模块195.1.5站立控制

4、子程序（卡尔曼滤波）20第六章开发工具与系统调试226.1软件开发工具226.2无线通信模块23第七章车辆参数25第八章总结27第九章致谢VII参考文献IX附录A.系统电路图XI附录B.程序XVIIV第一章引言本文以第八届“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）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

5、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、基本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。该竞赛由竞赛秘书处为各参赛队提供/购置规定范围内的标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程

6、。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，保证竞赛向健康、普及，持续的方向发展。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，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，已发展成全国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[2007]30号文）

7、。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，并且可以实时输出车体状态的智能车控制系统。在本届比赛上，使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模C车模套件，D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传感器信号采集处理、电机驱动、系统板和红外对管模块的

8、开发等。制作的两轮平衡车27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。本技术报告将对光电平衡组的车子整体设