2011电赛全国一等奖报告

2011年全国大学生电子设计竞赛

智能小车（C题）

【本科组】

2011年9月3日

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摘要

为了满足可以实现自动驾驶、超车功能的智能小车，进行了各单元电路方案的比较论证及确定，系统以飞思卡尔XS128系列作为智能车的控制核心，通过激光，红外等传感器采集路面信息从而对智能车智能控制，通过蓝牙无线进行两车之间的信息通信，具有稳定，通信速率快的特点，对于小车的动力部分，采用MOS管的H桥进行驱动，驱动电流大。经测试，系统基本完成了题目要求。

关键字：智能小车XS128 超车控制自动驾驶

abstract

In order to meet can achieve automatic driving, overtaking the intelligence function on the car, each unit circuit of the scheme more arguments and sure, system to XS128 series as a smart car freescale control core of laser, infrared, through such as road sensors to collect information and the intelligent car intelligent control, through the bluetooth wireless two car of information communication between, has the stable rate, communication features faster in car, the drive part, USES the MOS pipe of the H bridge drive, drive current big. According to the test, the system has basically completed the topic request.

Key word: intelligent car XS128 overtaking control autopilot

目录

1系统方案 (1)

1.1传感器方案的论证与选择 (1)

1.2无线方案的论证与选择 (1)

1.3 测速方案的论证与选择 (1)

1.4 控制系统的论证与选择 (2)

2系统理论分析与计算 (2)

2.1 控制理论的分析 (2)

2.1.1 PID算法 (3)

2.1.2 PID计算 (3)

2.2 红外测距的计算 (4)

2.2.1 红外测距所得到的电压 (4)

2.2.2 红外测距AD值与距离的关系 (4)

2.3两车之间通信方法 (4)

2.3.1两车之间通信方式 (4)

2.3.2通信信息 (4)

3电路与程序设计 (6)

3.1电路的设计 (6)

3.1.1系统总体框图 (6)

3.1.2电源子系统框图与电路原理图 (7)

3.1.3 传感器电路原理图 (7)

3.1.4电机驱动 (8)

3.2程序的设计 (8)

3.2.1程序功能描述与设计思路 (8)

3.2.2程序流程图 (9)

4测试方案与测试结果 (10)

4.1测试方案 (10)

4.2 测试条件与仪器 (10)

4.3 测试结果及分析 (11)

4.3.1测试结果(数据) (11)

4.3.2测试分析与结论 (11)

附录1：电路原理图 (12)

附录2：源程序 (13)

智能小车（C题）

【本科组】

1系统方案

本系统主要由激光模块、红外模块、无线模块、电机驱动模块、电源模块组成。这次采用的车模是1:14的高仿车模，目的是能够再现现实中的小车智能控制方案。智能小车系统采用飞思卡尔的16位微控制器MC9S12XS128单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。在选定智能小车系统采用光电传感器方案后，赛车的位置信号由车体前方的光电传感器采集，经XS128 MCU的I/O口接收后，用于赛车的运动控制决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机对智能小车进行加速和减速控制，以及伺服电机对赛车进行转向控制，使赛车在赛道上能够自主行驶，超车等功能。

1.1传感器方案的论证与选择

方案一：采用CCD摄像头采集道路信息，并进行处理，方案的优点是采集的信息更为丰富，机械结构简单，缺点是成本较高，软件编程复杂，对单片机速度要就较高。

方案二：采用红外进行检测，该方案的优点是硬件简单，可以实现实时控制，但是红外对管前瞻较小，不能对控制进行优先判断。

方案三：采用激光传感器，既可以检测到较远距离的路况，处理方式也比较简单，成本较低。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2无线方案的论证与选择

方案一：采用24L01无线方案，24L01方案稳定，成本低廉，但是配置起来较为繁琐。在通信过程中有一定的数据流失现象。

方案二：采用蓝牙方案，蓝牙方案低功耗，小体积以及低成本的芯片解决方案使得Bluetooth 技术甚至可以应用于极微小的设备中。

智能车的行驶过程中，需要实时发出准确的速度信息，所以综合以上两种方案，发现蓝牙的方案较为成熟，稳定，并且能够满足低功耗的要求，选择方案二。

1.3 测速方案的论证与选择

方案一：采用霍尔集成片。该器件内部有三片霍尔金属板组成，当磁铁正对着金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在车轮上安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定车架上，通过对脉冲的计数进行车速测量。

方案二：受鼠标工作原理的启发，采用断续式光电开关。由于该开关是沟槽结构，可以将其置于固定轴上，再在车轮上均匀地固定多个遮光条，让其恰好通过沟槽，产生一个脉冲。通过脉冲的计数，对速度进行测量。

以上两种方案都是比较可行的转速测量方案。尤其是霍尔元件，在工业上得到广泛采用。在本题中，小车的车轮较小，方案一采用电子的方式代替机械结构，能够有效减少齿间的摩擦，降低机械损耗，是作品更加的耐用，并且霍尔元件更为轻巧，便捷，别且能够有足够的脉冲，可以实现对小车的智能控制.