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作者：西南大学  李辉耀  张书银  凌松安

指导教师：赵虎  刘代祥

      作品简介

　　摘要

　　本文介绍了西南大学G音速队员在准备第五届飞思卡尔智能车大赛中的工作成果。智能车的硬件平台采用带MC9S12XS128 处理器的S12 环境，软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境，车模采用大赛组委会统一提供的B型仿真车模。

文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构及设计开发过程。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。车模以MC9S12XS128单片机为控制核心，以安装在随动舵机之上的上排激光管作为循迹传感器，采用下排传感器检测起跑线，以光电编码器检测速度信息。车模系统的简单工作原理是MC9S12XS128单片机收集激光管传感器返回来的赛道信息，通过软件判断其有效性，以激光管传感器返回的赛道信息，结合控制算法控制随动舵机及前轮舵机打角，单片机再综合赛道信息以当前速度信息，利用PID算法控制速度变化。
       经实际场地测试，本车模系统可以很好的适应大“S”弯，蛇形弯，“十”字交叉大回环等不同的赛道类型以及不同类型赛道的不同组合。
关键词：智能车，MC9S12XS128 单片机，激光传感器，编码器，舵机摆头，PD 算法

第一章 引言
1.1 概述
       全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛时由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的，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。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，已成功举办四届。
       为准备第五届飞思卡尔智能车大赛，我们从2010 年1 月开始组队，历时7个月。在上一届比赛经验的基础上，在硬件、机械与软件都有很大的改造与提高。
     在确定以激光管作为传感器之后，我们花了大量的时间寻找合适的激光发射管与接收管，在激光管布局上，我们拟过不同的方案，对每种方案都编写过大量的测试代码并在实际场地测试，确定了将激光管架设的方案，特别是进入全国决赛后，我们最终确定了激光管架设在随动舵机上寻迹的方案。系统硬件电路同样测试对比过不同的方案后才最终确定下来。在后来的调试中不断在机械上有调整和改进。为使小车能适应各种不同路况的赛道，我们花了大量的时间、精力与金钱尝试设计与实际赛道相近似的赛道并切割制作出来，大大促进了我们调试的进度。
       本报告将以我们测试过的最优的传感器布局架构方案为主体，从硬件电路芯片选型与设计，传感器的布局架构，机械部分调整，单片机控制软件的主要理论、控制策略及实现方法等方面阐述智能车的设计工作。
1.2 系统整体构想
       在方案设计的过程中，我们参阅了很多往届大赛技术报告，如清华大学、北京科技大学、杭州电子科技大学。在国内，他们对智能车研究起步的比较早，例如清华大学首创记忆算法、北京科技大学创先使用激光管、杭州电子科技大学摇头激光传感器的成功运用。智能车比赛是以小车的速度记成绩，为了让小车更快更稳得跑完全程，传感器的探测距离必须要远，既要有大的前瞻，也要有稳定的信号反馈，普通的红外对管由于功率较小，探测距离增大时，干扰严重，前瞻距离很受限制，所以我们采用了激光管，同时采用了分时扫描的办法和自制激光管外壳（增加透镜），有效的降低了激光管发热及耗电量和激光管自身的重量，提高了系统的稳定性。经过反复测试与比较，我们最终决定采用摆头方案，这个方案的优势将在下文阐述。
       模型车以激光作为道路信息传感器，用架在舵机上的激光在赛道上打出一排整齐的光点，以2ms 为一周期处理路况信息，并控制传感器舵机摆头，以使一排光点之中心恰好在
       赛道黑线之上，从而时刻跟紧黑线，从不出现丢线的情况。
       单片机综合考虑上方传感器摆头舵机PWM 值与光点检测到的黑线位置，决定下方前轮的舵机打角。单片机综合考虑前轮舵机的PWM 值，光点检测到的黑线位置，以及当前编码器反馈回来的值等因素，作出速度控制具体策略。同时，通过红外管辅助检测赛道信息，如坡道，起跑线等，并作出相应处理。

全文请访问：西南大学G音速队技术报告.pdf