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作者：北京理工大学 孙冠 韩冬 冯丹

指导教师：张幽彤 冬雷

作品简介

摘要

本文介绍了半年多来北京理工大学星际航行者车队队员们在准备Freescale
智能车大赛过程中的工作努力成果。智能车的硬件平台采用带MC9S12XS128处
理器的S12环境，软件平台为CodeWarrior IDE 5.0开发环境，车模采用大赛组委
会统一提供的1：10 的仿真车模。文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构
和开发流程。

整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和
策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，试验了多套方
案，并进行升级，进行了大量底层和上层测试与调试，最终确定了现有的系统
结构和各项控制参数。

第一章引言

教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全
国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等几大竞赛的基础上，经
研究决定，委托教育部高等学校自动化教学指导分委会主办每年一度的全国大
学生智能汽车竞赛，并成立了由教育部、自动化分教指委、清华大学、飞思卡
尔半导体公司等单位领导及专家组成的“第一届‘飞思卡尔’杯全国大学生智
能汽车邀请赛”组委会。该竞赛是为了提高大学生的动手能力和创新能力而举
办的，具有重大的现实意义。与其它大赛不同的是，这个大赛的综合性很强，
是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电气、
计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，这对进一步深化高等工程教
育改革，培养本新意识，培养硕士生从事科学、技术研究能力，培养博士生知
识、技术创新能力具有重要意义。
       以智能汽车为研究背景的科技创意性制作，是一种具有探索性的工程实
践活动，其本质也是人类创造有用人工物的一种训练性实践，其过程属性是综
合，而结果属性很可能是创造。通过竞赛，参赛的同学们培养了对已学过的基
础与专业理论知识与实验的综合运用的能力；带着背景对象中的各种新问题，
学习控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科新知
识，包括来自不同学科背景大学生的相互学习，逐渐学会了在学科交叉、集成
基础上的综合运用；若是以实用为目的，还必须考虑考虑可靠性、寿命、外观
工业设计、集成科学与非科学，在具体约束条件下融合形成整体的综合运用。
这样的训练是很有意义的。

在智能车的开发过程中，各参赛队伍需要改装竞赛车模，完成智能巡线
小车的制作。在此过程中需要学习嵌入式系统开发环境与在线编程方法、单片
机接口电路设计，自行设计并实现识别引导导线的硬件电路、电机的驱动电路、
车速反馈电路、智能车舵机控制电路以及能使小车在不驶出赛道的前提下可能
快速行驶的控制策略与软件算法。第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车
邀请赛，已于2006 年8 月21 日在清华大学顺利结束。为了使更多的高校、更
多的大学生参与到这一活动中来，第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车
竞赛原则上由全国有自动化专业的理工类高等本科学校约270 余所参赛，每个
参赛学校限2 个队；分五个赛区进行预赛，各分赛区的优胜队参加决赛。第四
届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛将参赛规模扩大到每校四个队伍，
比赛的普及性进一步提高。第五届比赛更是加入了全新的磁导航组，增加了比
赛的多样性和精彩程度。

智能车的开发与设计涉及到多个专业领域，对于大学生综合素质的培养，
知识面的拓展和分析问题解决问题的能力的提高很有意义，并且有利于提高大
学生的动手能力、激发创新能力。此外，制作这样一个高性能智能小车的过程，
也是需要同组成员相互协作、紧密配合的过程，在此过程中，团队成员的交流
与合作也显得尤为重要。

本届比赛分为光电、摄像头和磁导航三个赛题组。本文中主要介绍磁导
航赛题组的智能车制作。

1.2 系统方案介绍

磁导航组为本届比赛全新加入的组别，没有成型的技术方案和资料可供
参考，我们根据竞赛秘书处公布的资料和实际实验的结果，采用电感进行路径
检测；算法方面，采用目前在智能车控制方面比较常见的模糊PID 算法，结合
人工调参，达到比较理想的控制效果。

经过分析整个智能车系统，可知系统完成的功能如图2.1所示

其中MC9S12XS128 是系统的控制核心。它负责接收赛道信息、小车速度等反
馈信息，并对这些信息进行处理，得到合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。
舵机模块和电机驱动分别用于实现小车转向和驱动。

电源管理模块主要为单片机及路径识别电路、转向舵机、后轮驱动电路三大
部分提供稳定的直流电源。

路径识别模块由传感器、外围电路和S12 的AD 模块组成，其功能是获取前
方赛道的信息，以供S12 作进一步分析处理。

速度检测模块由传感器、外围电路和S12 的脉冲计数模块组成，通过检测赛
车的实时车速为赛车的车速控制提供控制量。

全文请访问：北京理工大学 电磁组 星际航行者技术报告.pdf