安徽赛区-光电组-淮南师范学院-光电一队技术报告

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1、第九届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：淮南师范学院队伍名称：光电一队参赛队员：朱贝王永王夫安带队教师：刘团结、胡艳丽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九届"飞思卡尔"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：朱贝王永王夫安带队教师签名：刘团结胡艳丽日期：2014.8.12摘要本文设计的智能车系统以MC9S12XS12

2、8微控制器为核心控制单元，通过TSL1401CL线性CCD检测赛道信息，采用动态阈值算法对图像进行二值化，提取黑色引导线，用于赛道识别；通过编码器检测模型车的实时速度，使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高模型车的速度并让其更稳定，我们使用自主编写的Labview上位机调试工具调试PID，经过大量的测试表明，该系统的设计方案可行。关键词：MC9S12XS128，TSL1401CL，PID，Labview1I目录摘要I引

3、言1第一章系统总体设计21.1系统概述21.2整车布局3第二章机械系统设计实现42.1车体机械建模52.2车模转向轮的定位与调整62.3底盘高度及其调整82.4编码器的安装82.5舵机安装位置及结构调整92.6CCD的安装9第三章硬件系统设计及实现123.1硬件设计方案123.2主控电路设计方案123.2.1单片机最小系统板123.2.2电源稳压电路及检测电路133.2.4电机驱动电路143.2.5舵机接口以及编码器接口电路153.2.6拨码开关电路163.2.7线性CCD接口电路16第四章软件系统设计及实现184.1系统程序流程图184.2线性CCD采集194.3阀值

4、的选取204.4动态搜线23I4.5人字弯处理254.6PID控制算法介绍264.6.1位置式PID274.6.2增量式PID274.6.3各种改进型PID284.6.4PID参数整定294.6.4PID参数调整的依据304.7舵机的PID控制算法304.8驱动电机的PID控制算法31第五章系统开发及调试345.1开发工具345.2线性CCD调试工具35第六章模型的主要技术参数37第七章结论38参考文献39附录：程序源代码40IV引言引言智能汽车是未来汽车的发展方向，将在减少交通事故、发展自动化技术、提高舒适性等许多方面发挥很重要的作用；同时智能汽车是一个集通信技术，计

5、算机技术，自动控制，信息融合技术，传感器技术等于一身的行业，它的发展势必促进其他行业的发展，在一定程度上代表了一个国家在自动化智能方面的水平。“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会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。其最早始于韩国，在国内，全国大学生"飞思卡尔"杯智能汽车竞赛从2006年开始举办，至今得到了各级领导及各高校师生的高度评价。并且有越来越多的队伍加入其中。参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位和32位微控制器作为核心控制单

6、元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、动力电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试。本技术报告主要包括小车的机械设计、硬件系统设计、软件算法设计等，详尽地阐述了我们的设计方案，具体表现在机械结构的多种尝试，硬件电路的创新设计以及人工智能控制算法的应用。1第二章机械系统设计及实现第一章系统总体设计1.1系统概述全国大学生智能汽车竞赛中，小车的基本结构大致可分为电源模块、传感器模块、电机驱动模块和控制模块等。本智能车系统的总体结构为：TSL1401CL线性CCD采集赛道信息，将得到的模拟量经AD转换得到一组数字量，通过动态阈

7、值算法对得到的数字量二值化，经滤波处理后获得主要的赛道信息，为舵机和电机的控制提供决策；转向舵机采用的是位置式PD控制；驱动电机采用的是增量式PID控制；通过编码器来检测车速，并采用MC9S12XS128的PT7口的进行脉冲计算获得转速，并对应到相应的速度，与速度PID形成闭环。根据竞赛的规则和智能车系统的基本要求，我们设计了系统结构图，如图1.1所示。在满足比赛要求和小车正常运行的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。图1.1系统结构图1第二章机械系统设计及实现34第二章机械系统设计及实现3