智能车系统的软件算法设计方案

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1、智能车系统的软件算法设计方案第一章绪论1.1智能车现状与研究意义1953年，世界上第一台无人驾驶牵引车诞生，这是一部采用埋线电磁感应方式跟踪路径的自动导向车[1]。如今，随着传感技术的不断进步以及各种智能算法的改进，无人驾驶车发展也越来越快。根据不同的应用，其速度、安全性、运行时间也大相径庭。正是由于设计的高难度性，智能车设计变得越来越复杂，集成度越来越高，功能越来越强大，也就吸引了更多的人关注这项设计。本课题是基于智能车模型系统软件算法的设计，对此的研究在课题研究方面和实际生产方面都具有可观的价值。该

2、设计中智能车系统采用光电传感器采集道路信息，利用Freescale公司嵌入式单片机对道路信息进行分析、运算，从而控制电机和舵机使智能车平稳自动运行。本课题对智能车的算法进行仿真与分析以获得性能优越的控制算法，然后通过嵌入式软件开发工具软件CodeWarrior对控制算法进行设计与实现。通过本课题的研究，可以了解智能控制系统的基本原理与其实现，掌握智能控制系统软件系统及算法的基本知识以及实现方案。还熟悉了开发软件CodeWarrior、嵌入式单片机，掌握了软件算法编写的一些方法和技巧。本课题的研究是对本专

3、业所学知识的较系统综合的理解与应用，本课题的研究是对理论知识与实践结合的体现。1.2需要完成的任务本设计需要完成以下几个任务：1、设计基于光电传感器的智能车模型软件系统整体方案；2、了解智能车模型系统硬件；3、设计、实现智能车模型道路信息采集模块软件算法；4、设计、实现智能车模型采集信息处理与分析，以及运动控制算法；5、熟练掌握Freescale嵌入式单片机及其开发工具的使用，并应用该硬件集开发工具实现实时控制系统；6、配合同组同学，共同完成智能车系统的调试、测试。471.3论文结构本论文分为七章。第一

4、章为绪论，介绍智能车的现状与研究意义、课题主要解决的任务。第二章是智能车系统概述，介绍智能车的整体设计方案。第三章是智能车硬件设计部分，简要介绍硬件设计的电路等。第四章、第五章、第六章都是介绍智能车的软件设计，其中第四章为软件设计主流程，介绍了所使用到的单片机各模块的初始化功能；第五章、第六章分别是阐述智能车的转向控制策略和智能车的速度控制策略，提出了简单控制和PID控制2个策略。第七章包括两个方面，一是对这次毕业设计所得的结论和体会做出总结，二是对本次设计中还没有实现的地方进行补充，以及对智能车的未来

5、做出展望。第二章智能车系统概述2.1系统总述设计基于Freescale公司开发的MC9S08QE128单片机的自动控制器控制模型车在封闭的道路上自主循线运行。自动控制器是以单片机MC9S08QE128为核心，配合有红外发射管、驱动电机、舵机、电源电池及相应的驱动电路等元件。它能够自主识别路径，控制模型车高速稳定运行在道路上[2]。根据设计要求，系统可分为硬件设计和软件设计。硬件设计可分为电源管理模块、道路信息检测模块、电机驱动模块、舵机转向模块、方向角检测模块、速度检测模块。软件设计又可分为数据处理与分

6、析模块、控制模块。各模块的功能关系与逻辑关系如下：电源管理模块为各模块供电；道路信息检测模块为控制模块获取路径参数，提供智能车与道路的位置信息；控制模块则根据控制策略对电机驱动模块和舵机转向模块输出合适的控制信号；而方向角检测模块与速度检测模块测得描述智能车运行的状态量：舵机转动的方向与角度、智能车后轮的转速，并反馈给控制模块；通讯及调试部分用于在线与单片机通讯并调整单片机的有关参数。系统的方框图如图2.1所示。控制模块方向角检测模块驱动电机模块舵机转向模块道路信息检测模块速度检测模块电源管理部分通讯及

7、调试部分为各部分供电47图2.1系统方框图Fig.2.1Systemblockdiagram2.2设计方案根据智能车系统设计要求，各模块设计如下：1、电源管理模块：系统采用7.2V2Ah镍氢蓄电池供电，通过LM1117芯片进行降压与稳压处理。其中，单片机、方向角检测模块、速度检测模块需要5V电压，红外发射管工作电压为2V。伺服驱动电机工作电压范围4.8V到6V，直流驱动电机可以使用7.2V2Ah镍氢蓄电池直接供电[3]。2、道路信息检测模块：本系统采用14对红外发射管接收管一字型排列。用红外发射管发射的

8、红外线，经过道路反射回来后，被红外接收管接收。由于白色与黑色吸收红外线的强度不同，所以不同位置上的红外接收管接收到强弱不同的反射红外线，就可以判断出黑线与智能车的相对位置。3、电机驱动模块与舵机转向模块：电机驱动采用飞思卡尔公司的电机驱动芯片MC33886，舵机控制采用S12单片机输出的PWM（PulseWidthModulation）占空比不同，来确定转角方向。4、方向角检测模块：采用电位器检测舵机的转角与转向。电位器选用了日本Sakae