第十一届北京科技大学-电磁组技术报告

参考文献......................................................... 42
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第一章
引
言
全国大学生智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追 求卓越”为指导思想，鼓励创新的一项科技竞赛活动。竞赛要求 在规定的 汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制模块， 通过增加道路传感器、电机驱动模块以及编写相应控制程序，制作完成一 个能够自主识别道路的模型汽车。参赛队员的目标是模型汽车需要按照规 则以最短时间完成单圈赛道。 自从第五届出现磁导航组开始到今年第十一届比赛，电磁小车已经在智能 车的赛道上奔驰了七年，从第六届取消了前瞻长度的限制，电磁车速度开始有 了质的飞跃，第七届改成直立状态行走以其独特魅力和新的技术挑战让参赛者 向往不已；第八届改回四轮行进方式并采用了 A 车模，小车的速度再次出现大 幅提升；到第十届同样是四轮行进并采用了 B 车模进行双车追逐；如今到第十 一届再次改成直立行走并且可以选择 D 车模和 E 车模，小车的观赏性与难度都 增加许多。随着电磁小车的传感器及传感器布局都已经几近相同，考验车手的 更多的将是细节和控制算法。 在这份报告中，我们小组通过对小车设计制作整体思路、电路、算法、调 试、车辆参数的介绍，详尽地阐述了我们的思想和创意，具体表现在电路的创 新设计，以及算法方面的独特想法，而对单片机具体参数的调试也让我们付出 了艰辛的劳动。这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们共同努力后的成果。 在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎控制、模式识别、传感技术、汽 车电子、电气、计算机、机械等多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践 动手能力的培养有极大的推动作用，在此要感谢清华大学，感谢他们将这项很 有意义的科技竞赛引入中国；也感谢北京科技大学相关学院对此次比赛的关注，
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第十一届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
我们的成果离不开学校的大力支持及指导老师悉心的教导；还要感谢的是和我 们一起协作的队员们，协助，互促，共勉使我们能够走到今天。
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第二章 方案设计
本章主要简要地介绍智能车系统总体设计思路，在后面的章节中将整个系 统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的 介绍分析。
3.1 智能汽车车体机械建模
此次竞赛选用的是北京科宇通博科技有限公司生产的智能车竞赛专用 模型车 (E 型模型车 ) ，配套的电机型号为 RS-380 。智能车的控制采用的是双 后轮驱动方案。智能车的外形大致如下：
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4.2.1 电感传感器的原理 ................................... 16 4.2.2 磁传感器信号处理电路 ............................... 16 4.2.3 磁传感器的布局原理及改进 ........................... 19 4.2.4 陀螺仪 ............................................. 22 4.2.5 加速度传感器 ....................................... 22 4.2.6 速度传感器 ......................................... 23 4.3 键盘，OLED 显示屏 ............................................ 24 4.4 小结 ......................................................... 24 第五章 智能汽车控制软件设计 ...................................... 27 5.1 电感采集传感器路径精确识别技术 ............................... 27 5.2 寻线行驶算法实现 ............................................. 29 5.3 弯道的处理 ................................................... 31 5.3.1 弯道策略分析 ....................................... 31 5.3.2 对速度的闭环控制 .................................. 32 5.4 小结 ......................................................... 33 第六章 开发工具、制作、安装、调试过程说明 ....................... 35 6.1 开发工具..................................................... 35 6.2 调试过程..................................................... 35 6.2.1 上位机系统 ......................................... 35 6.2.2 控制算法的参数整定 ................................. 37 第七章 模型车主要参数 ............................................ 39 7.1 智能汽车外形参数 ............................................. 39 7.2 电路部分参数 ................................................. 39
参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期：
高枕岳 张文明
目 录
目 录 ............................................................ 1 第一章 引 言 ................................................. 1
第十一届“恩智浦”杯全国大学生 智能汽车竞赛
技 术 报 告
学
校： 北京科技大学
队伍名称： 北京科技大学电磁组一队 参赛队员： 马鹏飞 高枕岳 陈营修 带队教师： 张文明 杨珏
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第十一届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使 用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和 恩智浦半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以 及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
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7.3 传感器个数以及种类 ........................................... 39 7.4 赛道信息检测精度、频率 ....................................... 39 结 论......................................................... 40
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第十一届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
时间。 3．电源模块：为整个系统提供合适而又稳定的电源。 4． 电机驱动模块： 驱动两个直流电机完成智能车的加减速控制和转向控制。 5．速度检测模块：检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。 6．辅助调试模块：主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。

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第三章 智能汽车机械结构调整与优化
智能汽车各系统的控制都是在机械结构的基础上实现的，因此在设计 整个软件架构和算法之前一定要对整个模型车的机械结构有一个全面清晰 的认识，然后建立相应的数学模型，从而再针对具体的设计方案来调整赛 车的机械结构，并在实际的调试过程中不断的改进优化和提高结构的稳定 性。本章将主要介绍智能汽模型车型车的机械结构和调整方案。
第二章 方案设计 .................................................. 3 2.1 系统总体方案的选定 ............................................ 3 2.2 系统总体方案的设计 ............................................ 3 第三章 智能汽车机械结构调整与优化 ................................. 5 3.1 智能汽车车体机械建模 .......................................... 5 3.2 智能汽车传感器的安装 .......................................... 6 3.2.1 速度传感器的安装 ......................................... 6 3.2.2 车模倾角传感器 ........................................... 6 3.3 重心高度调整 .................................................. 7 3.3.1 电路板的安装............................................. 7 3.3.2 电池安放 ................................................ 7 3.4 其他机械结构的调整 ............................................ 7 3.5 小结 .......................................................... 8 第四章 智能汽车硬件电路设计 ....................................... 9 4.1 主控板设计 .................................................... 9 4.1.1 电源管理模块............................................. 9 4.1.2 电机驱动模块 ........................................... 10 4.1.3 接口模块 ............................................... 15 4.2 智能汽车传感器 ............................................... 16