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作者：同济大学  王隽青  张磊  林育鹏

指导教师：罗峰  曹静

      作品简介

　　第一章 引言

　　全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是经全国高等教育司研究，委托高等学校自动化专业教学指导分委会主办的，旨在培养创新精神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。
       比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模、单片机HCS12开发板、开发软件Code Warrior和在线调试工具的基础上制作一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。中心目标是不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道。
       应对该比赛，主要技术问题就是如何寻线，及如何施以相应的控制策略来确保车辆在不违背比赛规则的前提下沿赛道尽可能快地前进。而两者之中，寻线的好坏与否直接影响到偏差判断与控制策略的效果，因此，设计出合适的寻线系统是设计智能车辆导向控制系统的重要环节。关于寻线，前人的工作中有一些较简便的方案，也较适合于此次比赛这样的白底黑线的应用环境。许欢、唐竞新[1]采用“线型检测阵列”的方法，使用4 个发光二极管和1 个光敏二极管构成一个检测点，使用多个检测点（原文中为16 个），使它们成直线状排列，共排成两排，一排安置在机器人底盘赛车前端，一排安置在后端。然后采用巡回检测方式来寻找白色指引线。万永伦、丁杰雄[2]采用的是类似许欢[1]文中的“线型检测阵列”寻线装置，但不同之处在于：万永伦[2]文中采用了大规模可编程器件来实现对光电管检测信号的处理、分析与实现对步进电机控制脉冲的产生。采用可编程器件，大大减少了系统体积，也方便了检测信号的处理和电机控制。
       采用光电传感器构成固定式线型检测阵列的方案简单易行，代码也较易编写，但是将其应用于智能车竞赛中仍有一些局限性。例如，单个线型检测阵列所能确定的指引线信息较少。若使用该种阵列数较少，则未必能准确寻线，尤其是碰到弯道、蛇形S 道等路况时；若使用数量较多，一来会增大车辆系统的体积，二来会增加其重量，而且比赛对传感器的数量设有限制。本次比赛指定了车模所用的驱动电机，在确定的驱动能力下，增加车辆的重量会明显影响车辆行进速度，不利于提高比赛成绩。此外，线型检测阵列的探测距离较短，一方面比赛对车模制作好之后的尺寸有限制，另一方面又不能简单将检测阵列元件向车模前方伸出安装，因为这将增加转向舵机的动态转向负载，因此该方案对前方路况的预判断距离比较有限。
       基于前述对固定式线型检测阵列寻线能力局限性的考虑，并综合参考前人的成果和我们的实验结果,我们采用MC9S12XS128微控制器为控制核心的智能小车系统，“线型检测阵列”加随动跟踪的技术方案，使其能跟随白色地面上的黑色引导线自动循迹行驶，并在不冲出赛道的前提下，以最短时间完成整个赛道的循线行驶。
       在整个比赛的准备过程中，本队继承了前人开发的上位机调试平台，可以通过无线收发器接收赛车实时信息，在电脑上位机中直观地了解赛车目前行驶情况和存在的问题。另外此软件还可以进行赛车控制算法仿真，通过电脑模拟算法运行结果对算法可能产生的效果进行定性评价，大大提高的算法开发的效率。
       本文主要对车模整体设计思路，硬件与软件设计及车模的装配调试过程作简要的说明。
       在接下来的技术报告中，主要从机械、电路、算法和调试四方面对本队的技术方案作较为具体的介绍。首先在第二章中对智能车系统进行总体方案和功能的分析。第三章主要介绍智能车机械结构调整与优化。第四章和第五章分别详细介绍了硬件与软件设计。最后第六章是对调试工具的简要概述。

全文请访问：光电组 同济大学RaceKing队技术报告.pdf