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作者：河海大学常州校区  查文琦  刘飞  黄静

指导教师：黄国铭  黄皎

      作品简介

 

　　摘要

　　本文介绍了河海大学常州校区电磁组7 号风队的队员在准备第五届“飞思卡
尔”杯全国大学生智能汽车竞赛过程中的工作成果。智能车的硬件平台是采用
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。

       本智能车依据交流信号能够产生磁场（电磁感应）的原理，采用LC 谐振回
路感应电磁信号寻迹方案，同时配合光电编码盘、电机、舵机、电池以及相关
驱动电路来进行信息的处理，以达到路径识别的目的，并通过PID 方式对电机
和舵机进行相关调节，最终以闭合回路的形式控制模型车高速稳定地在跑道上
行驶。

       在文中详细介绍了7 号风队的设计方案，其中包括机械结构的安装与调整、
硬件电路的设计与制作、信号采样策略、舵机的转向控制、速度的闭环控制，
以及与此次竞赛相关的各类调试方法的思路和用到的相关调试工具。

       关键词：电磁感应,PID,路径识别,闭环控制

第一章 引  言 1.1 比赛背景介绍
       “飞思卡尔”杯全国大学生智能车设计大赛在国内已是第五次举办，其是由
飞思卡尔半导体公司资助举办的以飞思卡尔单片机为核心的大学生课外科技竞
赛。其专业知识涉及到了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算
机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，对高等学校
控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的长期的推动作用。对国内大
学生综合素质的提高，团队精神意识的培养都具有重大的意义。
       开展智能车技术的研究，对汽车工程的发展、交通安全的保障，以及公路
交通的有效控制与管理都具有十分重要的意义。如果在遇到障碍时及时使汽车
技师的减速或刹车，则能够有效地避免交通事故的发生。此外，由于智能车辆
带有路况信息采集系统，可以由交通控制中心实时提供前方的路况信息，就可
以提前规划路径，有效的改善城市交通拥挤的状况。此外，智能车在航天和军
事方面都有很大的发展潜力。由于火星相隔地球很远，远距离无线控制实时性
不好，为了使火星车在有限的寿命内完成更多的科研任务，就必须有自主驾驶
能力。在军事上，未来战场环境多变，无人驾驶汽车能够完成诸如后勤补给等
任务，还可以改装为无人战车，减少人员伤亡。显然，智能车的研究开发有着
很大的现实意义和广阔的应用前景。
       在本次比赛中，参赛者要在组委会提供的模型车体及主控微控制器芯片基础
上设计制作具有自主道路识别能力的智能汽车。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CodeWarrior 和在线调试工具等；参赛队
伍在车模平台基础上，制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑
道上自动识别道路行驶。根据赛车单圈最短时间进行评奖。本技术报告就是我
们队为参加此次比赛而撰写的智能车设计方案， 本方案详细介绍了我们车子的
机械结构安装与调整方法、硬件电路设计与制作方法、软件系统的设计方法以
及整个系统的开发工具及调试手段等。

1.2 技术报告结构

       本文以第四届全国大学生智能汽车竞赛为背景，为了保证智能汽车能够具
有迅捷的速度、远而清晰的前瞻以及较高的灵敏度与稳定性，从软硬件方面对
系统进行了优化。本文结构安排如下：
       第一章，引言。
       第二章，智能汽车控制系统总体设计。
       第三章，智能汽车机械系统调整与改造。
       第四章，智能汽车硬件电路设计。
       第五章，智能汽车系统控制算法与软件设计。
       第六章，智能汽车系统的系统调试。
       第七章，总结。

第二章 智能汽车控制系统总体设计 2.1 总体设计思路
       本比赛过程核心是速度与稳定性权衡的过程，在保证赛车冲不出跑道的情况
下追求速度最快，用时最短。因此，获取有效、可靠的赛道信息以及实施合理
的控制策略是保证比赛取得好成绩的先决条件。
       本届比赛新增了电磁组，就是将原来以黑线为引导线改为以一根通有100mA
左右、20K 的交流信号线为引导线，这样就需要寻找与往届不同的传感来感测信
号。依据电磁感应的原理我们用LC 谐振回路为传感器来采集信号，这样采集到
的信号是20K 的交流信号，但是信号强度很小，最后用运放对采集到的信号进
行放大，最终将此信号送给单片机进行处理。电磁感应传感器与以往的光电和
摄像头组的传感器相比较，消耗的功率小了，但是其前瞻收到了明显的限制。
       在控制策略方面，主要包括转向控制和速度控制。对于舵机的转向控制，我
们采取经典的位置式PD 算法，通过判断传感器检测到的直道或弯道信号给不同
的PD 参数，以达到不同的效果。对于电机的速度控制策略，采用PID 调节的同
时引入反转制动刹车电路，使得小车在直道可以尽快加速并能保证在过弯时迅
速减到过弯的速度，使得小车可以快速行驶。
       对于机械结构方面，根据比赛情况的需要，对小车的机械结构进行合理安装
和调整，比如说重心的前后高低、两只前轮的倾角、光电编码盘的安装、舵机
的安装、悬挂的松紧，主板的放置等，以保证小车稳定、快速的行驶。各个方
面的之间的联系如下图所示：

全文请访问：河海大学常州校区7号风队技术报告.pdf