EEPW论坛

　　作者：河海大学常州校区 刘俊 沈赋 宋佳佳

　　指导教师：张金波

　　作品简介

　　摘要

　　基于大功率红外传感器的智能车寻迹竞速系统从确定总体设计思路展开，在硬件上，本系统以Freescale公司生产的16位单片机MC9S12XS128为控制处理器，采用红外激光传感器对赛道信息进行实时采集，既保证了很好的前瞻性，也确保了起跑线检测的精准性，通过光电编码器获取小车当前速度，利用PWM控制信号实现对电机和舵机的运行管理。

　　在软件上,利用了弯道预判和路径规划的策略对智能车的运行状态进行控制，以保证系统的快速运行;利用激光的精确识别技术以保证智能车系统的稳定运行;利用随动检测技术保证智能车系统的安全运行。同时，应用PID算法对速度控制进行优化;用模糊控制对角度控制进行优化。

　　最后还介绍了机械结构的调整和开发调试的相关过程，并对系统设计中遇到的问题，进行了分析和讨论。

　　第一章 引 言

　　1.1大赛背景

　　全国大学生飞思卡尔智能汽车比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。

　　参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分(省)赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次(成绩)由赛车现场成功完成赛道比赛时间来决定，参加全国总决赛的队伍同时必须提交车膜技术报告。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组;车模通过采集赛道图像(一维、二维)或者连续扫描赛道反射点的方式进行进行路经检测的属于摄像头组;车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。

　　车模控制电路须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位MCU作为唯一的微控制器。同一学校同一组别不同队伍之间需要采用飞思卡尔不同系列的微控制器。飞思卡尔不同系列的微控制器包括，32位Kinetis系列;32位ColdFire系列;32位MPC56xx系列;8位微控制器系列(可使用2片);16位DSC系列;16位微控制器9S12XS系列;16位微控制器9S12G系列。核心控制模块可以采用组委会推荐的K10、9S12XS128、MPC5604B，也可以选用以上所述飞思卡尔公司微控制器自制控制电路板。每台模型车的电路板中只允许使用一种型号微控制器。8位微控制器最多可以使用2片，16、32位微控制器限制使用1片;不得同时使用8位、16位和32位微控制器。

　　比赛要求在组委会限定的控制器、及相关要求的基础上，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。

　　参赛队伍最终名次由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及制作工程质量评分为辅来决定。须采用统一提供的车模，车模改装完毕后，尺寸不能超过：350mm 宽和400mm长，高度无限制。赛道宽度不小于45cm。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于60cm，跑道表面为白色，两边有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm，并且跑道有坡道。

　　1.2方案介绍

　　按道路信息采集方式不同，比赛主要分为两组进行：(1)用CMOS或CCD摄像头完成对道路的拍摄，把图像信息传入处理系统。(2)利用光电传感器在不同材质下反射率不同，将路面信息传入处理系统。

　　本队参加光电组别的竞技，选择的设计方案是：硬件上以大功率红外光电传感器为核心，增加赛车的前瞻性和稳定性。软件上采用PID算法控制舵机打角和电机转速，从而实现对赛车更好的控制，提高成绩。

　　1.2本文结构

　　本文首先从总体上介绍了智能车系统的设计思想和方案论证，然后分别从机械、硬件、软件等方面对系统进行论述，另外也提到了本队在制作和调试过程中遇到的问题及其解决方法。

　　文章共由七章组成：

　　第一章 引言。简单介绍比赛背景及赛车的基本方案。

　　第二章 总体设计与分析。包括系统总体设计的方案选定和可行性分析。

　　第三章 硬件电路的设计与安装。将主控制电路划分为多个模块，从多个角度介绍了外围电路的相关设计及装配过程。

　　第四章 系统软件的设计及实现。将软件设计模块化和层次化，重点论述了各种路径的识别方式和控制算法的具体实现。

　　第五章 赛车机械结构调整。在机械改造方面做出了一定尝试。

　　第六章 开发与调试。介绍调试的工具和方式，对比各种算法的实际效果。

　　第七章 问题分析与总结。围绕调试过程中遇到的问题做具体的分析和总结。

全文请访问：光电组_河海大学常州校区_海星队技术报告（光电组）.doc。