EEPW论坛

　　作者：乐山师范学院 宋恒 刘川漾 程情

　　指导教师：童强 常峰

　　作品简介

　　摘要

　　本文介绍了基于飞思卡尔16 位微控制器的智能车系统。本系统以MC9S12XS 系列微控制器为核心，软件平台为Codewarrior IDE 5.0 开发环境，使用主委会统一提供的仿真车模。

　　文章介绍了整个系统的硬件和软件设计开发过程。车模使用MC9S12XS128MAA 作为主控芯片，以安装在随动舵机上的激光传感器来检测赛道信息，用光电编码器检测车模的速度信息，由反射式红外光电传感器检测坡道信息。整个系统的工作原理主要是由MC9S12XS128MAA 单片机采集激光传感器和红外传感器返回的赛道信息，以及光电编码器返回的速度信息，通过程序设计算法，来控制舵机的转角和电机的速度。

　　引言

　　全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与， 鼓励探索，追求卓越”为指导思想，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， 为优秀人才的脱颖而出创造条件。

　　本报告将从硬件到软件一一的为大家呈现本智能车的设计方案和制作过程。

　　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;使用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XS128MCU 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，以及伺服电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。

　　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。各模块的作用如下所述。

　　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。

　　电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。

　　电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能汽车的加减速控制和转向控制。

　　速度检测模块，检测反馈智能汽车轮的转速，用于速度的闭环控制。

　　辅助调试模块，主要用于智能汽车系统的功能调试、赛车状态监控。

　　1.3方案小结

　　本章重点分析了智能汽车系统总体方案的选择，并介绍了系统的总体设、总体结构，以及简要地分析了系统各模块的作用。在今后的章节中，将对整个系统的其他模块进行详细介绍。

全文请访问：光电组-乐山师范学院-5队技术报告_.pdf。