恩智浦杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告
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第十二届“恩智浦杯”全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告
学
校：
同济大学 奇哥带队 钟政 陈浩 钟献有
队伍名称： 参赛队员：
指导教师：
张志明 朱劲
-1-
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第十二届“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。
参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期：
钟政
陈浩 钟献有 朱劲
张志明
2017 年 8 月 18 日
目 录
第一章 引言.................................................................................................................................. - 4 1.1 智能车研究背景 ............................................................................................................ - 4 1.2“恩智浦杯”智能车竞赛介绍........................................................................................ - 4 1.3 章节总述......................................................................................................................... - 5 第二章 设计概览 .......................................................................................................................... - 7 2.1 整车设计思路 ................................................................................................................. - 7 2.2 车模整体造型 ................................................................................................................. - 7 2.3 智能车软件设计 ............................................................................................................. - 8 第三章 小车的机械设计............................................................................................................. - 9 3.1 舵机安装........................................................................................................................ - 9 3.2 转向轮调整 .................................................................................................................... - 9 3.3 车体重心调整 ............................................................................................................... - 11 第四章 硬件电路设计............................................................................................................... - 12 4.1 电源设计....................................................................................................................... - 12 4.2 各供电模块电路设计.................................................................................................... - 12 4.3 驱动电路设计 ............................................................................................................... - 13 4.4 H 桥电路设计 ............................................................................................................... - 14 4.5 速度测量模块 .............................................................................................................. - 14 第五章 小车的软件设计........................................................................................................... - 16 5.1 赛道边沿提取算法....................................................................................................... - 17 5.2 控制策略...................................................................................................................... - 17 5.2.1 经典 PID 控制介绍 ........................................................................................... - 18 5.2.2 位置式 PID 算法 ............................................................................................... - 18 5.2.3 增量式 PID 算法 ............................................................................................... - 19 5.3 智能车的速度控制算法 ............................................................................................... - 20 第六章 调试工具 ...................................................................................................................... - 21 6.1 摄像头上位机 ............................................................................................................... - 21 6.2 编译开发环境 .............................................................................................................. - 21 6.3 串口调试工具 .............................................................................................................. - 22 6.4 模拟示波器界面 ........................................................................................................... - 22 第七章 车模参数与总结致谢................................................................................................... - 24 7.1 车模规格...................................................................................................................... - 24 7.2 总结与致谢 .................................................................................................................. - 24 参考文献..................................................................................................................................... - 26 附录：部分代码......................................................................................................................... - 27 浦杯”全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是受教育部高等教育 司委托，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智 能汽车竞赛。该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全 国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞 赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导 思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基 本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜 能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀 人才的脱颖而出创造条件。 本文讨论基于飞思卡尔公司的 MK6DN512ZVLQ10 控制芯片，以 OV725 摄 像头为路径探测传感器的路径识别算法和以 SD3010 舵机为转向的控制算法 为算法基础，研究摄像头智能小车在指定道路的快速通行和稳定控制的方 法。 智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识 别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计。就本竞 赛的光电四轮组别而言,智能车系统要求小车在铺设好的 PVC 赛道上,通过小车 的转向控制和车速控制,使小车能自动地沿着车道行驶。 1.2“恩智浦杯”智能车竞赛介绍 “恩智浦杯”智能车竞赛在第十一届前由飞思卡尔冠名，竞赛起源于韩国， 是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以 HCS12 单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电 机和可充电式电池， 参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设 计的跑道上自动识别道路行驶， 最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分 较高为获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、 计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培 养，具有良好的推动作用。
学
校：
同济大学 奇哥带队 钟政 陈浩 钟献有
队伍名称： 参赛队员：
指导教师：
张志明 朱劲
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关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第十二届“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。
参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期：
钟政
陈浩 钟献有 朱劲
张志明
2017 年 8 月 18 日
目 录
第一章 引言.................................................................................................................................. - 4 1.1 智能车研究背景 ............................................................................................................ - 4 1.2“恩智浦杯”智能车竞赛介绍........................................................................................ - 4 1.3 章节总述......................................................................................................................... - 5 第二章 设计概览 .......................................................................................................................... - 7 2.1 整车设计思路 ................................................................................................................. - 7 2.2 车模整体造型 ................................................................................................................. - 7 2.3 智能车软件设计 ............................................................................................................. - 8 第三章 小车的机械设计............................................................................................................. - 9 3.1 舵机安装........................................................................................................................ - 9 3.2 转向轮调整 .................................................................................................................... - 9 3.3 车体重心调整 ............................................................................................................... - 11 第四章 硬件电路设计............................................................................................................... - 12 4.1 电源设计....................................................................................................................... - 12 4.2 各供电模块电路设计.................................................................................................... - 12 4.3 驱动电路设计 ............................................................................................................... - 13 4.4 H 桥电路设计 ............................................................................................................... - 14 4.5 速度测量模块 .............................................................................................................. - 14 第五章 小车的软件设计........................................................................................................... - 16 5.1 赛道边沿提取算法....................................................................................................... - 17 5.2 控制策略...................................................................................................................... - 17 5.2.1 经典 PID 控制介绍 ........................................................................................... - 18 5.2.2 位置式 PID 算法 ............................................................................................... - 18 5.2.3 增量式 PID 算法 ............................................................................................... - 19 5.3 智能车的速度控制算法 ............................................................................................... - 20 第六章 调试工具 ...................................................................................................................... - 21 6.1 摄像头上位机 ............................................................................................................... - 21 6.2 编译开发环境 .............................................................................................................. - 21 6.3 串口调试工具 .............................................................................................................. - 22 6.4 模拟示波器界面 ........................................................................................................... - 22 第七章 车模参数与总结致谢................................................................................................... - 24 7.1 车模规格...................................................................................................................... - 24 7.2 总结与致谢 .................................................................................................................. - 24 参考文献..................................................................................................................................... - 26 附录：部分代码......................................................................................................................... - 27 浦杯”全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛是受教育部高等教育 司委托，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智 能汽车竞赛。该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全 国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞 赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导 思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基 本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜 能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀 人才的脱颖而出创造条件。 本文讨论基于飞思卡尔公司的 MK6DN512ZVLQ10 控制芯片，以 OV725 摄 像头为路径探测传感器的路径识别算法和以 SD3010 舵机为转向的控制算法 为算法基础，研究摄像头智能小车在指定道路的快速通行和稳定控制的方 法。 智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识 别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计。就本竞 赛的光电四轮组别而言,智能车系统要求小车在铺设好的 PVC 赛道上,通过小车 的转向控制和车速控制,使小车能自动地沿着车道行驶。 1.2“恩智浦杯”智能车竞赛介绍 “恩智浦杯”智能车竞赛在第十一届前由飞思卡尔冠名，竞赛起源于韩国， 是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以 HCS12 单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电 机和可充电式电池， 参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设 计的跑道上自动识别道路行驶， 最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分 较高为获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、 计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培 养，具有良好的推动作用。