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　　作者：北京工业大学 郭靖波 王智一 梁迪

　　指导教师：贾惠忠

　　作品简介

　　摘要

　　本文主要介绍了智能汽车控制系统的软硬件设计及开发过程。整个系统涉及车模机械结构调整、硬件电路设计、赛道检测、控制算法等多个方面。车模以MC9S12XS128单片机为控制核心，以激光管作为传感器检测赛道，以对传感器的随动控制作为核心控制算法。

　　正文分别从机械调整、电路设计和软件调试三个部分对智能汽车的整个制作过程进行了详细的介绍，其中包括了对设计方案选择、参数选取与调整、理论原理分析、技术的改进与创新等方面的内容。

　　经实际场地测试，本车模可以很好的适应大小“S”弯、“十字”交叉、小回环、大回环和坡道等不同的赛道类型以及不同类型赛道的不同组合，平均速度可达到2.5m/s，最大速度可达3m/s。本车模主要特点在于路径的选择，对于长距离、复合型跑道更有优势。

　　第一章 引言

　　1.1 综述

　　全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办，以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，是以智能汽车为竞赛平台的多学科专业交叉的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性的工程实践活动，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，如今已成功举办六届。

　　全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司8位、16位、32位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。

　　本论文主要介绍了“飞思卡尔”智能车比赛中小车的制作过程，论述了控制系统的软硬件设计和开发流程，涉及车模机械结构的设计与改装、电机驱动和激光发射接收电路的设计以及C语言控制算法等诸多方面，详细介绍了对车模的方案选择及改装方法，并着重分析了前轮机械结构、激光头的布局和4N全桥驱动的电机驱动方案。

　　1.2 系统主要结构思想

　　首先，比赛以竞速为主要目的，一切设计和控制均为竞速服务。两排主激光头用于检测赛道信息，一排前瞻较近的激光用于检测起跑线并在需要时辅助循线。上排探头架在舵机上便于跟踪黑线，下排探头固定，用于采集近处道路信息。上排激光管在赛道上打出一排整齐的光点，以3ms为周期处理路况信息，并控制舵机摆头，使上排激光头的光点恰好卡住赛道两侧的黑线，从而时刻跟紧黑线，及时控制模型车转向。

　　其次，单片机综合考虑摆头舵机PWM值与光点检测的黑线位置，决定前轮舵机转向，再依照测速齿数加入速度因素。最终用PWM波控制电机的运作。于此同时下排头随时检测起跑线信息以便停车。

　　最终，实现模型车智能化，以尽量快的速度在复杂赛道上自动按赛道轨迹前进。

　　1.3 特色与创新

　　1.3.1 激光布局

　　由于规则的更改，激光布局也会有所不同。经过多种方案的比较，最终确定使用两排激光头分别循线，同时将两排激光点尽量分开，以避免脱离循线轨迹。这种方案使赛车在弯道具有更大的优势，但又会导致激光向两侧发散，因此相比往年需要更远的前瞻。为提高赛车速度，增加赛车预判性，就必须增加前瞻。通过对激光驱动电路的选择与改进以及对激光实际布局的实验，前瞻得到最大限度的提高，提高了赛车的预判性。

　　1.3.2 路径选择

　　实际调试过程中，由于受到轮胎抓地力、车身重心位置等因素的影响，会遇到小车过弯甩尾的问题，因此在控制上，采用“适当牺牲速度，优先保证赛车行驶稳定”的方法。一旦赛车稳定且路径最优再进一步提速，这种“以退为进”的理念最终使赛车在高速情况下依然能保证在各种类型的赛道上都能保持最优路径。

　　1.3.3 测试手段

　　为了使智能车的制作过程更加优化，确保赛车各部分达到最佳效果，采用一定的手段及装置对激光驱动电路、激光调试方法、舵机性能优劣和车身左右机械结构的对称性进行分块测试。

　　1.4 关联文献综述

　　卓晴编辑的《学做智能车—挑战“Freescale杯”》，对于刚接触智能车的我们来说是入门必修课程，里面有很多控制策略、路径识别算法、传感器控制等方面的介绍，这些前人参赛的经验对我们队在车体和电路设计上有很大的参考价值。其它参考书目作为辅助的资料，例如谭浩强著的《C语言程序设计》，主要参考了C程序的历程和一部分指令描述。

　　剩下的参考文献资料全部来自于网络，我们参考了智能车论坛里的大量文献资料。

全文请访问：光电组-北京工业大学技术报告.doc。