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作者：西安工业大学  陈凯  刘界  代伟

指导教师：秦刚  祁立军

作品简介

摘要

本文以智能汽车为模型，基于电磁传感器，采用MC9S12XS128 微控制器，
构建自主寻迹控制系统。
       系统的硬件设计采用模块化的设计方法。主要包括：微控制器模块、电源
模块、光电传感器模块、速度检测模块、舵机驱动模块，电机驱动模块。
       系统的软件设计采用结构化程序设计方法。从结构上看，软件程序主要包
括以下几个部分：主体循环程序，增量式PID 速度控制程序，中断服务程序，
舵机控制算法程序，速度控制算法程序以及一些其他控制程序。软件设计重点
研究PID 控制算法、PWM 控制、模糊控制、闭环控制在该系统中的应用。PID 及
PWM 控制主要运用于电机的控制，模糊控制运用于道路信息的采集中，闭环控制
系统是针对整个系统而构建的。

关键词：MC9S12XS128，电磁传感器，H 桥，PID 控制

1.1 背景介绍

1.1.1 课题背景

     20 世纪80 年代以来，在各发达国家虽然已经基本建成了四通八达的现代

化国家公路网，但随着社会经济的发展，路网通过能力日益满足不了交通量增

长的需要，交通拥挤、阻塞现象日趋严重，交通污染与事故越来越引起社会普

遍的关注.经过长期和广泛的研究，这些国家已从主要依靠修建更多的公路，扩

大路网规模来解决日益增长的交通需求，而转移到用高新技术来改造现有公路

运输系统及其管理体系，从而达到大幅度提高路网通行能力和服务质量的。日

本、美国和西欧等发达国家竞相投入大量资金和人力，开始大规模地进行公路

交通运输智能化的研究试验[1]。起初，称为“智能车辆道路系统(IVHS)”进行道

路功能和车辆智能化的研究。随着研究的不断深入，系统功能扩展到公路交通

运输的全过程及其有关服务部门，发展成为带动整个公路交通运输现代化的

“智能运输系统(ITS)”。ITS 结合了传感技术、信息处理、通信技术等先进技术

来达到减少塞车、降低交通事故、提高交通效率，改善环保质量，提高能源利

用率等目的。它包含了信息服务系统、车辆安全系统、交通监控系统、公共交

通系统和物流管理系统等众多子系统。

       美国加州国际汽车经济研究所的调查报告指出，下一个汽车销售高潮将从

普及“智能化汽车”开始，新一轮竞争的焦点，将是智能汽车(Intelligent Vehicle ,

IV)的研究设计开发。简单地说，所谓智能汽车,就是在网络环境下用信息技术

和智能控制技术武装的汽车，利用最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道

路，自动驾驶，自动调速等先进功能。驾驶智能汽车可大大减少驾驶者疏忽导

致的交通事故，很大程度提高车辆行驶的安全性，减少经济损失。因此智能车

载技术研究日益成为专家学者关注的领域。智能车的关键支持技术包括机器视

觉技术，雷达技术，磁性导航技术和高精度的数字地图和GPS 技术。目前智能

车辆技术已在轿车，重型汽车，公共交通和军事领域获得应用。今后智能车辆

技术的研究将集中于车载计算机技术，通信技术，语音识别技术和多传感器信

息融合技术。时间，相继完成了路车间通信系统(RACS)、交通信息通信系统

(TICS)、宽区域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆系统及新交通管理

系统等方面的研究。1994 年1 月成立VETIS(路车交通智能协会)，1995 年7 月

成立VICS(道路交通信息通信系统)中心，1996 年4 月正式启动VICS，先在首

都圈内而后推向大阪、名古屋等地，1998 年向全国推进。日本的VICS 是ITS

实用化的第一步，居于世界领先水平。

       美国ITS 的雏形是始于20 世纪60 年代末期的电子路径导向系统(ERGS)，

中间暂停了十多年，80 年代中期加利福尼亚交通部门研究的PATHFINDER 系

统获得成功，此后开展了一系列这方面的研究，1990 年美国运输部成立智能化

车辆道路系统(IVSH)组织，1991 年国会制定了ISTEA(综合地面运输效率方案)，

1994 年IVHS 更名为ITS。其实施战略是通过实现面向21 世纪的“公路交通智

能化”，以便从根本上解决和减轻事故、路面混杂、能源浪费等交通中的各种

问题。

       1988 年由欧洲10 多个国家投资50 多亿美元，联合执行一项旨在完善道路

设施，提高服务质量的DRIVE 计划，其含义是欧洲用于车辆安全的专用道路基

础设施， 现在已经进入第2 阶段的研究开发。目前欧洲各国正在进行

TELEMATICS 的全面应用开发工作，计划在全欧洲范围内建立专门的交通无线

数据通信网。智能交通系统的交通管理、车辆行驶和电子收费等都围绕

TELEMATICS 和全欧洲无线数据通信网展开。欧洲民间也联合搞了一个叫

PROMETHEUS 的计划，即欧洲高效安全交通系统计划。除此以外，新兴的工

业国家和发展中国家也已经开始智能交通系统的全面研究和开发。

与国外相比，国内在智能交通系统方面的研究起步较晚，规模较小，开展

这方面研究工作的单位主要是一些大学和研究所，如国防科技大学、清华大学、

吉林大学、北京理工大学、长安大学、沈阳自动化所等。清华大学汽车研究所

是最早成立的主要从事智能车及智能交通的研究单位之一，在国防科工委和国

家863 计划的资助下，开发了THMR-V 型智能车。2003 年，THMR-V 型智能

车在画有清晰白线的结构化道路上跟踪车道的平均速度达到100km/h。20 世纪

90 年代至今，吉林大学先后研制了四代智能车试验车。其中，JUTIV-I、JUTIV-II、

JUTIV-III 主要采用视觉导航，识别路面上的带状白线和前方的车辆障碍物。正

在调试的第四代试验车JUTIV-IV 中开始研究多传感器信息融合技术在道路环

境理解中的应用。国防科技大学机电工程与自动化学院自80 年代起开始进行无

人驾驶智能车辆技术研究，先后研制出四代无人驾驶汽车。第四代全自主无人

驾驶汽车于2000 年6 月在长沙市绕城高速公路上进行了全自主无人驾驶试验，

试验最高时速达到75.6km/h。目前我国正在进行ITS 总体发展框架的研究与制

定。

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