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作者：杭州电子科技大学 李永振 王晓飞 吴芳友  
指导教师：高明煜 陈龙 

作品简介

　　摘要

　　本文介绍了杭州电子科技大学钱江4号队队员们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S12X 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1：10 的仿真车模。

　　文中介绍少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激光管作为循迹传感器，采用红外传感器检测起跑线，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和红外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各种不同的赛道类型。

　　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，已成功举办五届。

　　第六届飞思卡尔智能车大赛全国总决赛在西北工业大学举行。为准备第六届飞思卡尔智能车大赛，我们从11 年1 月开始集训，历时7 个月。在上一届比赛经验的基础上，硬件、机械与软件方面都有很大的改进与提高。

　　我们继承了上届学长们所开发出的激光管传感器技术，并且花了大量的时间寻找更好的的激光发射管与接收管，目的是尽可能的提高激光传感器发射的前瞻与接收的稳定性。我们花了很多精力来尝试不同的循迹方案，如电子摆头，舵机随动摆头以及两者的结合，目的是找出最优的传感器布局架构。最后基于对A型车模的机械调教以及保证前瞻的考虑决定沿用舵机随动摆头这种较普遍的激光循迹方案。硬件电路同样测试对比过不同的方案才最终确定下来。在后来的调试中不断在机械上有调整和改进，为小车的近一步提速打下了基础。为使小车能适应各种不同路况的赛道，我们也花了大量的时间，精力与金钱设计赛道并切割制作出来。

　　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

　　模型车以激光作为道路信息传感器，单片机控制架在舵机上的激光管在赛道上打出一排整齐的光点，以约1ms 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上，从而时刻跟紧黑线，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。最终通过两路PWM 控制电机的运作。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。

　　在单片机软件的编写上，说的简单一点，就是让单片机的相关引脚在特定的时候输出高电平或低电平。但这个难度在于什么时刻出现高电平或低电平，以及保持多长时间。控制系统采用PID 算法。对前轮舵机值取了分段的P 项和D 项，而对于前轮舵机及速度控制，我们采用PID 算法进行控制。

全文请访问：第六届 光电组-杭州电子科技大学-钱江4号队.pdf。