西安交通大学-天启队技术报告(2)

5.4.1 激光传感器控制转向 ............................................................................... 43

5.4.2 转向与速度的关联 ................................................................................... 46

5.5 程序总体框架 .................................................................................................. 48

5.6 本章小结 .......................................................................................................... 49

第六章 系统调试与运行 .................................................................................... 50

6.1 开发与调试软件 .............................................................................................. 50

6.2 数据记录及分析 .............................................................................................. 51

6.2.1 SD数据记录 .............................................................................................. 51

6.2.2 录像记录 ................................................................................................... 53

6.3 赛道制作 .......................................................................................................... 54

第七章 总结与致谢 ............................................................................................ 55 参考文献 ....................................................................................................................... I 附录A

附录B

附录C

模型车技术参数统计 ............................................................................ III 电路原理图 ........................................................................................... IV 程序代码 ............................................................................................... VI

第一章 引言

移动机器人技术是机器人学科中的重要分支之一，近年来，诸多具有创新和挑战性的课题不断在这一领域提出。智能车辆，是一种移动轮式机器人，它集中运用了现代传感、信息融合、计算机、通讯、自动控制及人工智能等多种技术，是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。目前，作为智能交通系统(ITS)中的重要组成部分，智能车辆技术已经成为该领域中的研究热点。

1.1 竞赛背景

“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛是由教育部批准并委托教育部高等学校自动化教学指导分委员会主办，飞思卡尔（中国）公司(原Motorola公司半导体事业部)协办，面向全国大学生的重要科技创新赛事。该竞赛融合了模式识别、电子电气、机械、传感技术、计算机、自动控制等多个学科知识，具有趣味性、科学性、观赏性、创新性等特点。竞赛的宗旨是培养大学生科研探索与团队合作的能力，在工程实践中，能理论联系实际地解决实际问题。

根据“教育部、财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的通知”的安排，教育部已批准全国大学生智能汽车竞赛为九个受资助的大学生竞赛项目之一，与电子设计、机械设计、数学建模、结构设计一起组成教育部正式承认的五大大学生竞赛项目。在已经成功举办五届比赛的基础上，飞思卡尔半导体公司希望进一步推动这一赛事在整个亚太区的开展，让智能车竞赛走向国际化。

1.2 文章主要内容

（1）制定系统总体方案，包括硬件系统和软件系统的方案设计，兼顾实现的可行性和系统的稳定性。

（2）硬件平台的搭建。自行设计并实现主控系统电路、传感器电路、电机驱动电路、电源模块电路等，并使用Protel DXP软件绘制PCB电路；同时参考汽车动力学知识，设计出合理的机械结构。

其中，电路部分在设计激光传感器时，采用了慢启动保护电路，有利于延长传感器的使用寿命，减小潜在的硬件损坏风险，具体设计将在第三章中阐

第六届“飞思卡尔”杯全国智能汽车竞赛技术报告

述。

（3）算法的设计与实现。在已搭建硬件平台上，采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自行设计寻线以及控制算法，在Codewarrior IDE编译环境中编程，实现对舵机转向和电机转速的控制。

智能小车的寻线采用了被动寻线的方式，通过特殊情况下的“出界处理”，克服了被动寻线存在的冲出赛道的问题。实际表明，该寻线算法能有效改善主动寻线方式存在的易发生振荡、摆动的问题。

设计控制算法时，考虑到使用的单片机自身不包括模糊运算指令，所以未直接使用程序实现模糊运算，减少可能存在的执行效率的问题。实际控制采用分段PID控制的算法来对小车的速度及转向进行控制。实验证明此算法具有很好的鲁棒性，具体参见5.1节。

（4）智能模型车的调试与运行。借助于SD卡记录数据，采集运行中的模型车参数，并编写上位机程序对数据进行分析，不断修正参数和程序来提高小车的速度与稳定性。

实际调试过程中，除了用SD卡采集底层数据进行分析外，也可采用摄像机拍摄小车在跑道上的实际运行过程，进行慢镜头回放，可辅助排查运行故障，分析并改进算法，从而优化控制效果。

1.3 文章结构安排

本技术报告共七章，包括小车的总体结构设计、软硬件设计，以及控制算法研究等。其中，第一章为引言，主要介绍竞赛相关背景及文章结构，第二章主要介绍了小车的总体设计，第三章对小车的硬件电路设计进行了详细的介绍，第四章则主要介绍了对车模机械结构的设计与改造，然后，第五章阐述了小车的控制算法设计及软件实现，第六章介绍了调试工具及调试方法，第七章主要为结论与展望。最后，附录A为模型车的主要技术参数，附录B为模型车的电路原理图，附录C为实现控制的程序代码。

第二章 总体方案设计

今年的智能车竞赛是第六届，其规则基本上与第五届规则相同，不同处是本届比赛增加了虚线赛道，这对于光电组智能车的稳定性是一个考验。所以在设计总体方案时，要充分考虑方案的科学性，可行性及稳定性。

2.1 总体方案选择

总体方案采用飞思卡尔的16 位微控制器MC9S12XS128 作为核心控制器。并使用独立的激光管制作的激光传感器来采集赛道信息，通过外围接口电路，将信息传递给单片机处理。单片机内部烧写有控制程序，所以在分析处理信息后，通过发出PWM波驱动伺服舵机和电机来实现转向与速度的控制。通过单片机采集编码器电路在后轮产生的转速脉冲，从而计算出速度可实现速度的闭环控制。此外，方案中还增加了旋钮及LED（Light Emitting Diode）显示屏作为输入输出设备。

2.2 总体结构设计

图 2-1 系统总体结构框图 可将智能模型车系统分为电源模块、主控模块、传感器模块、执行模块等子系统。实际设计过程中，每一个模块都涉及到了机械结构（安装），硬件电路以及程序算法三个方面。

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2.2.1 主控模块

作为整个智能车的“大脑”，主控模块包括信息处理和控制模块，其核心是MCU，即MC9S12XS128单片机。该模块采集光电传感器、光电编码器等传感器的信 …… 此处隐藏：3321字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……