飞思卡尔智能车光电组技术报告

第十届全国大学生“飞思卡尔”杯华

北赛

智能汽车竞赛

技术报告

目录

目录 (11)

第一章方案设计 (11)

1.1系统总体方案的选定 (11)

1.2系统总体方案的设计 (11)

1.3 小结 (22)

第二章智能汽车机械结构调整与优化 (33)

2.1智能汽车车体机械建模 (33)

2.2 智能汽车传感器的安装 (44)

2.2.1速度传感器的安装 (44)

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2.2.2 线形CCD的安装 (55)

2.2.3车模倾角传感器 (55)

2.3重心高度调整 (55)

2.3.1 电路板的安装 (66)

2.3.2 电池安放 (66)

2.4 其他机械结构的调整 (66)

2.5 小结 (66)

第三章智能汽车硬件电路设计 (77)

3.1主控板设计 (77)

3.1.1电源管理模块 (77)

3.1.2 电机驱动模块 (88)

3.1.3 接口模块 (99)

3.2智能汽车传感器 (1010)

3.2.1 线性CCD传感器 (1010)

3.2.2 陀螺仪 (1010)

3.2.3 加速度传感器 ............................ 错误!未定义书签。错误!未定义书签。

3.2.3 编码器 (1111)

3.3 键盘，数码管....................................... 错误!未定义书签。错误!未定义书签。

3.4液晶屏 (1212)

3.5 小结 (1212)

第四章智能汽车控制软件设计 (1313)

4.1线性CCD传感器路径精确识别技术 (1313)

4.1.1新型传感器路径识别状态分析 (1414)

4.1.2 线性CCD传感器路径识别算法 (1515)

4.2弯道的处理 (1515)

4.2.1弯道策略分析 (1515)

4.3 对速度的闭环控制 (1616)

4.4障碍的处理 (1717)

4.5小结 (1717)

第五章开发工具、制作、安装、调试过程 (1818)

5.1 开发工具 (1818)

5.2 调试过程 (1818)

第六章模型车主要参数 (1818)

6.1 智能汽车外形参数 (1818)

6.2 智能汽车技术参数 (1818)

结论 (2020)

参考文献 ................................................ 错误!未定义书签。错误!未定义书签。

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第一章方案设计

本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路，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汽车控制系统进行深入的介绍和分析。

1.1系统总体方案的选定

本届智能汽车大赛光电组比赛对传感器有着严格的规定，用到了线性ccd,但是由于需要镜头成像，所以会带来成像失真，静电干扰严重等问题。由于平衡车的特殊性，车身在循迹前进的过程中，必须保持车身的平衡。根据最基本保持车身平衡的基本原理，我们需要知道车身当前的角度和角速度。因此在保持车身平衡方面，我们确定以加速度计作为角度传感器，陀螺仪作为角速度传感器。另外，车身转向控制方面，我们组没有使用陀螺仪作为转向反馈。这样会让车转弯不连续和平滑，最重要的是限制了车模的速度，不用转向陀螺仪车模的极限速度大概率在一米三左右。有了转向的陀螺仪可以2米以上。

1.2系统总体方案的设计

遵照本届竞赛规则规定，智能汽车系统采用飞思卡尔的32位微控制器MK60DN256ZVLL10单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。线性CCD采集赛道明暗信息，返回到单片机作为转向控制的依据。加速度计&陀螺仪返回的模拟信号作为车身当前角度的信号。主控输出PWM波控制电机的转速以保持车身的平衡和锁定赛道。同四轮车不同，平衡组需要使用左右轮的差速来转弯。为了控制的准确性和快速性，我们使用编码器作为速度传感器。编码器返回的信号可以形成闭环，使用PID控制电机的转速。平衡组强烈的加减速会导致车身的倾角剧烈的变化，这并不利于车

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身保持平衡。因此整个调试过程就是要保证车身稳定的前提下不断提高车模前进的平均速度。

根据以上系统方案设计，赛车共包括六大模块：MK60DN256ZVLL10主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块和辅助调试模块。各模块的作用如下：

MK60DN256ZVLL10主控模块，作为整个智能汽车的“大脑”，将采集CCD传感器、陀螺仪，加速度计和光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动两个直流电机完成对智能汽车的控制；

传感器模块，是智能汽车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的赛道信息，为智能汽车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间，同时使用陀螺仪和加速度计计算车模行进过程中的实时角速度和加速度信息，用以保持车模稳定行进；

电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源；

电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能汽车的加减速控制和转向控制；

速度检测模块，检测反馈智能汽车轮的转速，用于速度的闭环控制；

辅助调试模块，主要用于智能汽车系统的功能调试、赛车状态监控。

1.3 小结

本章重点分析了智能汽车系统总体方案的选择，并介绍了系统的总体设计和总体结构，简要地分析了系统各模块的作用。在今后的章节中，将对整个系统的各个模块进行详细介绍。