基于线性CCD传感器的自导航循迹小车的制作技术报告

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1、“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告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八届“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。摘要本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，详细阐述了基于线性CCD传感器的自导航循迹小车的制作过程。其中内容包括电路设计方案、机械结构设计与改装、算法设计与实现、参数整定和整车调试等。涉及自动

2、控制、无线通信、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科。本文主要阐述了基于coldfire核心控制器利用倒立摆模型、卡尔曼滤波器实现两轮小车的直立行走。通过线性CCD对赛道的识别，实现小车的自主循迹。利用CodeWarriorDevelopmentStudioforMicrocontrollerv7.2进行了代码编写，程序开发和在线调试。关键词：Freescale小车直立行走coldfire卡尔曼滤波陀螺仪加速度计III目录第一章引言11.1智能车研究背景简介11.2飞思卡尔智能车竞赛介绍11.3章节总述2第二章系统设计总方案42.1硬件电路设计方案

3、42.2车模机械结构设计方案52.3软件系统设计方案6第二章硬件电路设计83.1ColdFire控制模块83.1.1ColdFireMCF52259微控制器介绍83.1.2ColdFireMCF52259单片机引脚分配93.2电源模块113.3加速度计和陀螺仪模块123.3.1加速度速度传感器123.3.2陀螺仪133.4速度检测模块143.5电机驱动模块143.5.1电机驱动芯片选择143.5.2电磁转矩数学模型及控制方式的确定153.5.3主电路原理结构163.5.4主电路工作原理分析173.5.5制动能量回馈及电路抗干扰设计要点193.6无线传输模块203.7

4、输入模块203.8寻迹线性CCD传感器213.8.1线性CCD原理213.8.2环境光影响问题223.8.3输出信号放大223.8.4线性CCD个数选择23第四章机械结构设计与调整244.1全车总览244.2电路板安放位置254.3轮胎处理254.4电池安放位置264.5传感器的固定264.5.1陀螺仪与加速度计传感器26III4.5.2线性CCD传感器274.5.3编码器274.6传感器支架安装284.7保护28第五章软件设计295.1mcf52259资源简介295.2软件任务及框架295.2.1软件的主要任务295.2.2程序框架305.3控制算法315.3.1

5、PID控制算法315.3.2用试凑法确定PID控制器参数315.3.3卡尔曼滤波算法325.3.4程序控制算法总框图345.3.5直立控制算法框图345.3.6方向控制算法框图355.3.7速度控制算法框图365.3.8电机输出算法框图37第六章开发工具的使用和调试过程406.1codewarriorIDE的安装与使用406.1.1工程的创建406.1.2安装ColdFireV2内核CodeWorror调试文件416.1.3烧写和调试程序436.2无线上位机系统466.3现场调试466.4调试中遇到的问题及解决过程476.4.1调卡尔曼参数476.4.2赛道循迹48

6、第七章车模参数与总结507.1车模参数507.2总结50致谢52附录A程序源代码53参考文献67III第一章引言第一章引言1.1智能车研究背景简介智能小车，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，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶[1]。小车需要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，使用传感

7、器感知路线并作出判断和相应的执行动作。智能小车设计与开发涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。它可以分为三大部分：传感器检测部分，执行部分，CPU。现智能小车发展很快，从智能玩具到各行业都有实质成果，其基本可实现循迹、避障、检测贴片，寻光入库、避崖等基本功能，有向声控系统发展的趋势。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列，我们此次的设计主要实现循迹这一个功能。1.2飞思卡尔智能车竞赛介绍飞思卡尔公司开发嵌入式解决方案的历史可追溯到50多年前，现在，已发展成为在20多个国家设有业务机构，拥有20,000多名员工的实力强大的独立企业。