第四届创意赛 BIGBEE技术报告

超声波传感器作用原理状态图：
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第四届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛
探测距离=T*声速/2 TRIGGER(input)： 超声波发射头：
TRIGGER 输 入 大于 10us 的高电 平
8 个 40kHz 的方波
前一次检测完成 至后一次检测开 始必须有 10ms 等 待
ECHO(output):
在接下来的技术报告中，主要从机械，电路，算法三方面对本队的技术方案作 较为具体的介绍。首先在第二章中介绍本创意小车的机械部分，然后在第三章介绍 本创意车用到的电方案，第四章电路设计和第五章控制算法中对本方案的各个细节 进行介绍。
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第二章 机械结构
我们的作品是创意小车，在车体动作方面，小车除了具备基本的行驶和转向能 力以外，更具有了攀越障碍物的能力。为了实现这些功能，我们对车体进行了专门 的设计。
3.3.1 ZigBee 协议简介 ......................................................................... 8 3.3.2 采用 ZigBee 技术设计的红绿灯和方向路牌指示系统 ......... 9 第四章 电路设计.......................................................................................... 11 4.1 核心控制器模块 ................................................................................ 12 4.1.1 MC9S08QE128 功能概述 ........................................................ 13 4.1.2 最小系统电路设计................................................................... 15 4.2 电能分配模块 .................................................................................... 16 4.2.1 LM2596-5.0 开关稳压电路................................................... 17 4.2.2 LM1117 三端稳压电路.......................................................... 17 4.2.3 MC34063DC-DC 升压电路 .................................................. 18 第五章 控制算法详解 ................................................................................. 21 5.1 障碍物检测： ..................................................................................... 21 5.2 动作规划方式 ..................................................................................... 27 5.3 黑线识别：.......................................................................................... 33 第六章 结论 .................................................................................................. 34 参考文献 .............................................................................................................I
ECHO 输出 10us 到 36ms 的高电 平，设时间为 T
如果没有检测到 反射，则检测到 36ms 高电平
简述超声波传感器工作过程：单片机给 TRIG 一个大于 10us 的高电平，模块 TRIG 使能后，发射 8 个 40kHz 的超声波；发射结束后，ECHO 拉高输出给单片机 IO 口，8 个超声波遇到障碍物反射回来，回到模块接收头，ECHO 拉低输出。这样， ECHO 高电平时间就是超声波在空气中传播的时间。根据 s=c*t/2 就可以计算出距 离。
2.1 越障机械方案的1、利用轮胎与地面摩擦力，强行驶上台阶。
如上图所示为美军“Crusher”战车驶上障碍的示意图。但方案由于需要巨大的 摩擦力做驱动，要求较大的车辆整体重量(“Crusher”重达 4 吨)稳定性得不到保证。
2、考虑在轮毂与车架间加上摇臂作为连接，是轮子能在一定的高度范围内向 上抬升，这样就可利用摇臂转动时的力矩提供垂向力
2.1 越障机械方案的选取 ........................................................................... 2 2.2 转向机械方案的选取 ........................................................................... 4 2.3 机械结构设计过程： .......................................................................... 5 第三章 电方案概述 ....................................................................................... 7 3.1 光电道路识别方案 .............................................................................. 7 3.2 超声波传感器 ...................................................................................... 7 3.3 ZigBee .................................................................................................... 8
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第一章 引言
本论文按照第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛创意组比赛的要求， 在分析了传统竞速组论文和技术的基础上，加入了无线传感器网络 ZIGBEE 技术， 让小车具有了自己独有的功能。
本队采用两片飞思卡尔公司 8 位处理器 MCS9S08QE128 作为核心控制器，此 芯片功能丰富，性能强大，可以同时进行信号处理和电机控制，在算法设计上有了 更大的空间和更灵活的方案。在基本的路径识别方面，本队采用了光电传感器，经 过创新设计，成功解决了传感器探测距离和探测精度的问题，使本队小车能够精确 识别线路，并且还有着极高的稳定性和抗干扰能力。并且采用了差动转速实现转向， 小车车体庞大但转向不失灵活。
作为创意小车，我们的小车有两手绝活。首先就是“攀越障碍”，本队小车车 体由我们自主设计制作，三排车轮和活动臂的结构，搭配上小车胸前的超声波传感 器，让小车具有了识别障碍，攀越障碍的能力。还有就是“识别红绿灯和方向牌” 的绝活，本队引入了无线网络 ZigBee 技术，通过设置在赛道旁以及小车上面的无 线传感器节点，让我们的小车成为了一个能够识别红绿灯和方向指示牌，严格遵守 交通规则的智能之车，这在当前交通事故频发的今天很有实际意义。
参赛队员签名：
带队教师签名：
日
期：
I
目录
目 录 ............................................................................................................... II 第一章 引言 .................................................................................................... 1 第二章 机械结构............................................................................................ 2
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第 3 章 电方案概述
攀越过程如右图所示：
相比第一种方案，第二种方案能够攀上更高的障碍物，且对轮胎等伤害较小， 所以我们选取了第二种方案。
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第四届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛
2.2 转向机械方案的选取
在实现转向功能时，根据阿卡曼原理，相对较理想多轮转向机构如下图所示:
且符合下列方程式：
3.1 光电道路识别方案
BigBee 采用光电传感器识别道路上的黑线，由于选用了性能卓越的传感器，识 别的稳定性和分辨率非常高。共有四个传感器安装在车体的前方，可以采样四个信 息点。如果传感器检测到黑线，则返回逻辑 1，检测到白色路面，则返回逻辑 0。 中间两个点间距较小，保证了在直线内的行驶的平顺，两边的两个传感器距离则较 大，保证了转向时的稳定。
第四届全国大学生“飞思卡尔”杯 智能汽车竞赛
技术报告
学 校： 队伍名称： 参赛队员：
带队教师：
同济大学
BigBee 陈晓辰 肖恺 胡凤鉴 朱捷 谢乐寅 罗峰
曹静