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　　作者：兰州交通大学 付康 高占兵 郝晓武

　　指导教师：刘二林 汪诤

　　作品简介

　　摘 要

　　本文主要介绍了飞天一队智能汽车控制系统的机械结构、软硬件结构及其设计开发过程。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、控制算法和策略的优化等多个方面。本智能汽车控制系统通过10mH 工字电感检测赛道导线激发的电磁波作为车模行驶的方向信号，用光电编码器来检测车模速度信号，用陀螺仪和角加速度来检测车模倾角信号，最后通过以飞思卡尔高性能16 位单片机MC9S12XS128MAL 为核心的最小系统控制处理，使车模高速稳定的沿赛道直立行驶。飞天一队智能汽车为直立行走车模，其控制算法由直立控制、速度控制和方向控制三个模块组成，在速度控制上，使用经典PID算法。此外，为方便车模调试开发了LabView 上位机软件，配合单片机开发平台CodeWarrior IDE v5.9.0 进行调试。

　　第一章引言

　　1.1 大赛介绍

　　全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，在智能汽车的制作过程中涵盖了机械、模式识别、电子、电气、传感技术、计算机、自动控制、汽车理论等多方面的知识，比赛中体现了大学生对综合知识的应用以及创新的精神，而且主要着重于培养大学生的动手能力，从而加强大学生各方面能力的培养，为将来的工作打下基础。同时该赛事是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(以下简称自动化分教指委)主办的全国性、多学科交叉、趣味性、创新性赛事。该比赛是由三个人组成一个团队，通过指导老师与学生的配合，旨在比赛中加强大学生实践能力与团队合作精神，促进高等教育改革。竞赛规则透明，评价客观标准，坚持公开、公平、公正的原则，从而保持了竞赛的健康、普及、持续的发展。

　　全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛已经成功的举办了六届，该比赛分为电磁组、光电组和摄像头三个组别，电磁组的比赛采用的是以20KHz、100MA 交变电流(方波)为引导方式，车模根据磁场的变化来识别赛道，以最快的速度来完成比赛。由于电磁组的信号采集与摄像头组和光电组有很大差别，所以本次智能汽车设计中选择使用工字电感，并且对电感加以合理的布局，通过谐振电路和放大电路来检测信号，完成对赛道信号的检测并以此来控制车模的转向和行驶速度。软件使用的是PID 控制算法作为车模的主导控制算法，通过不同的赛道时使用不同的PID 值来进行调节控制。为满足智能汽车在高速与急转等恶劣情况下的动力性能和稳定性能，对车模的结构进行了改造，把电池的安装位置进行了改变，尽量降低了车模的重心，在提高速度的同时加强了其稳定性。

　　本技术报告主要介绍飞天一队智能汽车的制作过程，包括机械结构的调整、改装和硬件电路的设计，直立控制、速度控制、路径识别等算法模块设计，以及对各种参数的调节和修改过程。

　　1.2 系统设计框架介绍

　　本智能汽车系统是以检测电磁场信号为基础，通过单片机处理采集的信号实现对车体的控制，使车体能够准确的沿着预设路径行进。系统电路部分主要包括单片机控制模块、直立控制模块、电机驱动模块、电磁传感器模块等部分，除此之外系统还需要一些外部设备，例如测速编码器、无线数据通信模块等。

　　综上所述，本智能汽车系统主要包含了以下几个模块：

　　1. 电源模块

　　2. 单片机最小系统模块

　　3. 传感器模块

　　4. 电机驱动模块

　　5. MMA7260 模块

　　6. 速度检测模块

　　7. 无线数据通信模块

全文请访问：电磁组 兰州交通大学 飞天一队技术报告.pdf。