飞思卡尔智能车技术报告

第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

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关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、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，比赛组委会和飞思卡尔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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摘要

随着现代科技的飞速发展，人们对智能化的要求已越来越高，而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业，

汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。同时，汽车生产商推出越来越智能的汽车，来满足各种各样的市场需求。本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景，主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。

机械硬件方面，采用组委会规定的标准 A 车模，以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心，其他功能模块进行辅助，包括：摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等，来完成智能车的硬件设计。

软件方面，我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程，使用增量式PD 算法控制舵机，使用位置式PID 算法控制电机，从而达到控制小车自主行驶的目的。

另外文章对滤波去噪算法，黑线提取算法，起止线识别等也进行了介绍。

关键字：智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试

第一章引言

飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商，一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的

认可和信任。其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。飞思卡尔公司生产的S12 是一个非常成功的芯片系列，在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。

受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导分委员负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。此项赛事涉及的专业主要有：控制,电子，图像处理，及计算机等，能极大的培养学生的动手能力及创新型思维。也因此受到全国各大高校的重视。从第一届发展到现在，飞思卡尔智能车比赛在全国高校的影响力也越来越大。

在整个备赛过程中，随着对小车各种性能要求认识的提高，我们的设计理念也随着不断的得到了更新。现在我们认识到，稳定的电路是小车运行的基本保证，优良的机械性能是小车快速稳定运行的有力保证，良好的控制算法能充分发挥硬件电路和机械性能的优势，再加上一定的应赛策略就能在比赛中取得好成绩。

基于以上的重要认识，在小车的制作过程中我们始终把硬件电路设计、机械调节与安装以及控制算法优化三个方面摆在同等重要的位置，同时入手，一齐改进，单把某个或两个方面作为重点来突破都无法取得满意的效果。

我们从零起步，一步一个脚印的走过来；在数十次的试验和尝试过程中，我们从头摸起，如今建立起了一套科学合理的试验和研究方法，培养了迅速行动的良好习惯和大胆创新的开拓精神，为今后的工作和学习打下了坚实的基础；在无数次的各种交流和学习后，我们深刻认识到了努力学习、大胆交流和团结协作的重要性。

硬件电路设计

智能小车的硬件电路设计在整个系统中起着基础性作用，硬件电路的稳定性好坏影响着整个调试过程。本系统以飞思卡尔公司S12系列16位80引脚的MC9S12XS128作为核心控制处理器。此单片机具有8kB的RAM、64kB的EEPROM，完全满足系统需要，而且具有很好的超频性能。同时片上还集成了许多标准模块，包括2个异步串行通信口SCI、3个同步串行通信口SPI、8通道输入捕捉/

输出比较定时器、1个10位8通道A/D转换模块、1个8通道脉宽调制模块，这些资源能够满足完成智能车所需要的所有的条件。

硬件电路是整个小车系统运行的基本，因此小车硬件的设计制作必需仔细考虑，精心设计，最终可以稳定可靠地运行。基于这样的认识与综合小车的结构，合理地设计电路外形，合理的布局与布线，最终的框图如下：本系统的硬件设计主要包括，电源模块，视频采集模块，电机驱动模块等等，下面将就个部分进行详细的介绍。

图2.1 小车控制系统框图

电源电路设计

电源是小车系统的心脏，向各个电路模块提供能量，如果电源的任何一个出了小问题，都会使系统无法正常工作，因此供电部分一定要也必须要稳定可靠。考虑到各部分模块需要，其中5V的电压分别供给单片机、测速、视频分离模块，6V供给舵机，7.2V供给电机驱动，12供给摄像头。

CMOS 摄像头供电

在此部分，我们采用了升压电路，采用的芯片为MC34063，通过该电路直接把电池的7.2V 升压到12V ，然后供给摄像头。

MC34063是开关稳压芯片，可构成升压、降压斩波电路。输出开关电流大于1.5A 。2.5mA 的低静态电流。实验证明，由其构成的12V 稳压电路完全能够为CMOS 摄像头提供稳定的电源保证。其图所示:

舵机供电

本想直接采用电池电压的7.2V 为舵机供电，但实际上每个电池的实际电压却远远不只7.2V ，有的甚至达到8点几伏，而且电池电压在整个系统运行的时候会有很大的波动，为了避免产生不必要的问题，我们最终采用6V 电压为舵机供电，6V 电压是从7.2V 的电池电压中稳压下来的，采用的稳压芯片为LM1117。

7.2V 电源

LM2940

5V MC34063 12V

LM1117 6V 单片机 编码器 CMOS 舵机

电机