飞思卡尔技术报告——光电组_中山大学_二次革命

第五届“飞思卡尔”杯全国大学生

智能汽车竞赛

技术报告

学校：中山大学

队伍名称：二次革命

参赛队员：郑勇升

卢润戈

曾鑫鹏

带队教师：成慧

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第五届“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。

参赛队员签名：郑勇升卢润戈曾鑫鹏

带队教师签名：成慧

日期：2010年8月10号

目录

目录

目录 (4)

第一章引言 (5)

第二章方案选择 (6)

2.1 路劲识别传感器的选定 (6)

2.2 系统总体框图 (7)

第三章机械结构设计 (9)

3.1 车轮机械建模 (9)

3.2 前轮定位 (9)

3.3 传感器的设计安装 (10)

3.4 转向舵机的安装 (11)

3.5 测速编码器的安装 (12)

3.6 后轮刹车装置设计 (13)

第四章硬件电路的设计和实现 (13)

4.1 主控板的设计 (13)

4.1.1 电源模块 (13)

4.1.2 电机驱动模块 (15)

4.1.3 光电编码器模块 (16)

4.1.4 人机交互模块 (17)

4.2 激光传感器模块的设计 (18)

4.3 单片机使用资源情况 (19)

第五章功能实现原理及算法 (20)

5.1 主程序流程框图 (20)

5.2 程序初始化 (20)

5.3 黑线的判别 (21)

5.4 舵机控制 (21)

5.5 速度控制 (21)

第六章开发工具、制作、安装、调试过程 (22)

6.1 开发工具 (22)

6.2 调试过程 (22)

第七章主要技术参数说明 (23)

第八章总结 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

第一章引言

第一章引言

“飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，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HCSl2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，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。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。

智能小车系统由HCS12微控制器、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、舵机控制单元和直流驱动电机控制单元组成。本系统以飞思卡尔公司的16位微处理器MC9S12XS128为控制核心，并采用CodeWarrior软件编程和BDM作为调试工具。运用激光发射强大光线，使用采集光敏传感器AD值进行道路信息采集，并采用PWM技术来控制舵机的转向和电机转速。舵机控制主要采用PWM信号开环控制,而速度控制方面，由数据表来设定速度，PID控制来调整速度。通过将总线频率超频到40M来更快更准确地进行控制。各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑过弯和减小路程的效果。

在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。

在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎多个学科，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。

第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

第二章方案选择

第二章方案选择

智能汽车比赛以快速平稳地完成赛程作为目标，这就要求赛车能够快速准确地检测跑道路径，及时做出合理的控制并迅速执行。这跟总体方案的确立有很大的联系。

2.1 路径识别传感器的选定

路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此，选定黑线识别传感器模块是总体方案确立的首要步骤。主要有以下几种识别方法：

（1）使用光电发射接收管来检测黑线：

光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和黑线反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出黑线相对小车的位置。这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。但是比赛规定传感器不能超过16个，这样就限制了水平分辨率。不能精确的分辨黑线的位置，同时也许垂直分辨率可能只有一线，不能很好的预测路径的走线。总的来说使用这种方法优点很明显，缺点也很明显。

（2）使用图像传感器CCD来检测黑线：

图像传感器分为线阵和面阵两种。

线阵的图像传感器分辨率高，能克服光电传感器水平分辨率低的缺陷，但是检测速度较慢，且垂直分辨率只有一线。

面阵的图象传感器成象是一个平面，无论是水平分辨率还是垂直分辨率都很高，识别上具有很大的优势，可以做到提前预测路径，是最理想的路径检测传感器；但是数据量比前两种方案都大很多，而且数据处理较为困难，大大加重了单片机的负担。

（3）使用磁传感器来检测黑线：

黑线下面部有电线，通电后会产生磁场，根据磁场场强大小和电线距离的关系，可以用磁传感器测出车体与黑线的相对位置。这样检测稳定，但是磁场