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作者：国防科技大学 常文泰 陈超 王龙 
指导教师：潘升东 王龑

作品简介

　　摘 要

　　我队将于今年八月参加第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。针对比赛的具体情况，我们建立了赛车、赛道和自主控制系统的基本模型，给出了理论分析、仿真计算、在线调试的基本开发方法。在比较各种算法的性能特点后，我们确定最终方案，并完成了智能车的制作与调试。

　　智能车开发过程中，通过比较各种方案，最终我们决定采用激光发射接收主动巡线的传感器方案。最终方案的思路是：通过对道路传感器所采集的数据进行处理分析，辅助以车模后轮码盘所采集的数据，来判断小车的方位、姿态、速度等，进而控制小车前轮舵机的摆角和后轮驱动电机的速度，使小车在最短的时间内完成比赛。

　　我们使用MC9SXS128作为系统的控制核心，用它来进行信号采样、数据传输与运算等动作，并产生 PWM 波控制舵机和电机。

　　第一章 引言

　　1.1概述

　　“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的科技竞赛。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。该竞赛主要由飞思卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办，从2006年开始，每年举办一届，目前已成功举办了五届。第三届、第四届、第五届连续三届被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目之一。

　　比赛按照车模识别路线方案分成摄像头组、光电组和电磁组。通过采集道路图像信息进行路径检测的车模属于摄像头组;通过采集道路少数离散点反射亮度进行路径检测的车模属于光电组;通过感应由道路中心电线产生的交变磁场进行路径检测的车模属于电磁组。其中摄像头组和光电组是历届常规项目，电磁组是第五届新设立的比赛项目。

　　从智能汽车竞赛第一届开始，我校就十分关注并积极参与进来。经过多年参赛实践，积累了大量知识和经验，在硬件设计、控制算法、调试手段等各方面都打下了坚实基础，同时也存在许多需要改进的方面，特别是控制算法的优化和调试手段的改进。

　　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，自主设计控制系统，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，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。

　　本文章内容主要对车模整体设计思路，硬件与软件设计及车模的装配调试过程作简要的说明。

　　由于全国大学生飞思卡尔智能车大赛已举办过五届，所以前五届的比赛模式成为了本次智能车竞赛的主要参考对象。车模竞赛的赛道是一个具有特定几何尺寸约束、磨擦系数及光学特性的白底面板，其中心贴有对可见光及不可见光均有较强吸收特性的黑色条带，宽度约为2.5cm。智能车通过实时对自身运动方向及速度等进行调整来“沿”赛道运动。运动策略的制定主要是依靠对传感器得到的道路及行驶信息进行采集、分析、决策、执行四个步骤来进行的。

　　1.2文本结构

　　本文采用先总后分的结构，对系统设计和调试的各部分进行了介绍，突出强调了系统机械结构、硬件电路和软件程序的统一。全文共由7个章节组成，第一章为引言，二至六章为主体部分，第七章为总结。首先，基于比赛规则和控制器性能，在第二章里引出了我们的总体方案，确定了系统的硬件框架。然后，第三章是我们对机械性能的一些探索和改进，同时对电路板与传感器的安装进行了描述。第四章介绍了车模各模块的硬件电路实现。第五章中对本次使用的控制核心MC9SXS128做了简明的介绍，详细描述了系统设计中用到的黑线提取算法和车体控制算法。第六章介绍我们在设计过程中软硬件开发调试工具。最后，第七章对系统综合性能进行了评价，指出了创新点与不足之处。

全文请访问：国防科技大学（光电）-铁军一师技术报告.pdf。