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　　作者：北京技大学 齐鹏远 易筱 王洪阳 

　　指导教师：张文明 杨珏

　　作品简介

　　引 言

　　全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为宗旨，鼓励创新的一项科技竞赛活动。竞赛要求在规定的汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动模块以及编写相应控制程序，制作完成一个能够自主识别道路的模型汽车。智能汽车竞赛的赛道路面为宽度不小于45cm的白色面板，赛道两侧边沿有宽为25mm的连续黑线作为引导线。参赛队员的目标是模型汽车需要按照规则以最短时间完成单圈赛道。

　　在本次比赛中，本组使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，采用飞思卡尔16 位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、舵机控制等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制硬件系统。

　　在制作小车的过程中，我们对小车的整体构架进行了深入的研究，分别在机械机构、硬件和软件上都进行过更进，硬件上主要是考虑并实践各种传感器的布局，改进驱动电路，软件上先后进行了几次大改，小车的寻线方式从最先的线性拟合到现在位置加权，最终确定的适应性更强的优化的位置加权的方法。控制算法上，从PID到Bang-Bang,再到模糊PID都进行了一些研究。

　　在这份报告中，我们主要通过对整体方案、机械、硬件、算法等方面的介绍，详细阐述我队在此次智能汽车竞赛中的思想和创新。具体表现在电路的创新设计、算法以及辅助调试模块等方面的创新。我队成员涉及自动化、机械、计算机等专业，在准备比赛的过程中，队员查阅了大量的专业资料，反复地调试汽车模型的各项参数。所有队员都为此次智能汽车竞赛付出了艰苦的劳动。这份报告凝聚着北京科技大学智能汽车队全体队员的心血和智慧。

　　第一章 方案设计

　　本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能汽车控制系统进行深入的介绍和分析。

　　1.1系统总体方案的选定

　　通过学习竞赛规则和往届竞赛相关技术资料了解到，路径识别模块是智能汽车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到智能汽车最终性能的优劣，因此确定路径识别模块的类型是决定智能汽车总体方案的关键。目前能够用于智能汽车辆路径识别的传感器主要有光电传感器、CCD/CMOS传感器和电磁传感器。光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限;CCD摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂;电磁传感器主要通过对赛道中心导线产生的电磁场进行识别。在比较了三种传感器优劣之后，考虑到各种传感器的特点以及队员的知识积累和兴趣，决定选用应用广泛的光电传感器，相信通过选用大前瞻的光电传感器，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，传统光电传感器仍然可以达到极好的控制效果。

　　1.2系统总体方案的设计

　　遵照本届竞赛规则规定，智能汽车系统采用飞思卡尔的16位微控制器MC9S12XS128单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。在选定智能汽车系统采用光电传感器方案后，赛车的位置信号由车体前方的光电传感器采集，经XS128 MCU的I/O口接收后，用于赛车的运动控制决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机对智能汽车进行加速和减速控制，以及伺服舵机对赛车进行转向控制，使赛车在赛道上能够自主巡线行驶，并以最短的时间最快的速度跑完全程。为了对赛车的速度进行精确的控制，在智能汽车电机输出轴上安装光电编码器，采集编码器转动时的脉冲信号，经MCU捕获后定时进行PID自动控制，完成智能汽车速度的闭环控制。此外，还增加了键盘作为输入输出设备，用于智能汽车的速度和控制策略选择。系统总体结构方框图如图1.1。

　　根据以上系统方案设计，赛车共包括六大模块：MC9S12XS128主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块和辅助调试模块。各模块的作用如下：

　　MC9S12XS128主控模块，作为整个智能汽车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能汽车的控制。

　　传感器模块，是智能汽车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的赛道信息，为智能汽车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。

全文请访问：光电组-北京科技大学-光电一队技术报告.doc。