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作者：浙江大学  黄裕春  蔡超峰  曾鹄龙

指导教师：高锋  姚维

      作品简介

　　摘要

　　本文对FFT 队智能汽车的制作方案作了详细的介绍。该系统以Freescale 的16位单片机MC9S12XS128 作为小车的控制核心，它主要包括三方面的内容：硬件设计、道路识别和控制策略。在光电传感器的设计方面，为了增大智能汽车的前瞻距离，我们在文中介绍了从选材到控制独到的经验。在道路识别方面，因光电管的“点”式检测以及大赛对传感器数目的限制，我们得到的道路信息是离散的。为解决通过离散化的道路信息实现连续性行走的问题，我们通过线性插值的方式，对光电管采集的信息以及舵机转向的控制量进行连续化处理，这样，小车在
过弯时的速度连续性和路线连续性得到提高。在控制策略方面，我们采用了传统的PID 闭环控制以及特征赛道识别的控制方式，实现小车的高速稳定行走。本文对机械调整也作了比较深入的讨论，当赛车速度达到一定程度时，机械结构的影响就变得非常显著。此外，对于调试方式，我们也作了大量的介绍，并通过matlab等软件对各种数据进行仿真分析，以优化各种参数。

关键字：XS128 单片机 智能车系统 脉冲控制 道路识别 特征赛道 串口调试

第一章 引 言
1.1 比赛背景介绍
       受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导分委员负责主办的全国大学生智能车竞赛至今年已是第四届。在这场综合性很强，以汽车电子为背景，函盖控制，模式识别，传感，电子，电气，计算机和机械等多学科交叉的科技创新性比赛中，各高校同学积极参与，勇于突破，仅在前两届的比赛中，参赛车的速度已有了突飞猛进的提升。
       2009 年8 月13 至16 日，北京科技大学将承办第四届智能车大赛全国总决赛。比赛中，参赛选手须使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，推荐采用飞思卡尔16 位控制器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、转向舵机控制等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加场地比赛。参赛队伍之名次（成绩）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，须采用限定的飞思卡尔16 位微控制器
       MC9S12XS128 作为推荐控制处理器，车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和400mm 长，高度无限制，跑道宽度不小于600mm，跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm。
       本文介绍了浙江大学二队FFT 的智能赛车方案，包括赛车系统的相关参数和性能、软硬件结构设计、赛车的机械结构、各模块的工作原理以及控制策略。另外，简要介绍了基于MC9S12XS128 单片机的调试工具、软件和针对赛车各模块的辅助调试工具。
1.2 方案介绍
       FFT 智能车采用光电传感器进行赛道的黑白鉴别从而进行路线的识别。光电传感器较摄象头相比，信号采样周期短，处理速度快，可以更实时地对路况信息进行检测判别并作出相应控制处理。但与此同时，前瞻距离短是光电传感器非常明显的弱势，它往往成为小车速度提升的瓶颈。为尽量弥补这一缺陷，提高赛车行驶速度上调空间，我们选用串联大功率光电管，增大其离地高度与红外线的发射角度，从而使探测距离得到大幅度增长，为控制算法提供了有效的预判信息。
       在赛车行驶的速度与转向控制中，我们选用经典的控制算法，位置式与增量式数字PID 控制以及多种数字滤波算法，以保证赛车快速稳定安全地运行。在增加探测距离的同时，伴随道路信息的模糊化，我们也尝试了对特征赛道识别的算法，对不同的道路状态，采用不同的控制策略，使得小车在各个独立的赛道段里的速度达到最佳值。在今年第四届比赛中，大会增加了窄道的环节，提高小车过弯难度。针对此规则，我们认为对进窄道标志——黑三角以及突起部分的检测很关键，为此进行了大量测试，争取保证小车在窄道不会因为速度太高而冲出窄道犯规。

全文请访问：浙大2队FFT技术报告.pdf