哈尔滨工业大学航天队智能车技术报告.doc

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1、基于组合路径检测和预报校正控制的智能车方案设计学校：哈尔滨工业大学队伍名称：航天参赛队员：侯靖波唐德佳秦瑞带队教师：马广富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一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛有关保留、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：带队教师签名：日期：目录第1章引言11.1智能车方案设计概述1

2、1.2路径参数及速度检测方法11.3控制算法研究21.4微处理器资源利用情况21.5文献综述21.6本文主要内容3第2章智能车机械设计说明42.1主板机械设计42.2红外光电管阵列机械设计42.3CCD图像传感器机械设计52.4车速检测模块机械设计62.5实验结果7第3章智能车硬件系统设计83.1组合式路径参数检测83.1.1红外光电管阵列模块83.1.2CCD图像传感器模块93.2车速检测及显示模块103.2.1车速检测模块103.2.2车速显示模块113.3电机驱动123.3.1舵机驱动123.3.2动力电机驱

3、动123.4电源模块133.5实验结果13第4章系统控制算法144.1转向控制算法144.2车速控制算法154.3实验结果15第5章系统调试165.1红外光电管阵列调试165.2测速部分调试165.3车速显示部分调试165.4驱动电机调试165.5系统联调17第6章调试工具及模型车技术参数186.1调试工具186.2模型车技术参数186.3传感器种类及数量186.4电机使用情况196.5赛道检测精度及频率19第7章结论20参考文献I附录1I第1章引言1.1智能车方案设计概述针对智能车主动寻迹过程中对于速度和稳定性的

4、要求，本方案综合使用红外光电管阵列和CCD图像传感器来检测路径参数。红外光电管阵列用于探测短距离的路径信息，CCD图像传感器用来完成对远距离路径信息采集，为车模转向提供预报，并根据该信息调节车速。为了提高车速调节的相应速度，系统设计过程中利用测速环节构成速度闭环控制。利用单片机的PWM资源和MC33886驱动芯片完成小车动力电机驱动。并利用单片机的模块驱动4个数码管显示车速。由于系统运行过程中需要根据小车状态及路径信息来调节转向和速度，因此控制算法要在保证稳定性的前提下尽量提高系统响应速度。本方案采用预报-校正的方

5、法对舵机的转向进行控制。采用PID控制策略控制小车速度。实验结果表明该算法具有响应速度快，稳定性好等特点。1.2路径参数及速度检测方法通常情况下，可用于识别黑色导引线的传感器种类有很多，包括红外光电管阵列、CCD图像传感器、激光扫描器等。每一种传感器都有相应的优缺点，一般红外光电管阵列可以用来检测短距离路径信息，控制小车的转向；CCD图像传感器可以检测到较远距离的路径信息，能够提前确定路径参数变化趋势，控制算法中可以根据该参数变化趋势来调节小车的速度以及为转向提供预测。综合考虑各种传感器的特点，本方案采用了红外光电

6、管阵列和CCD图像传感器的组合检测方式。红外光电管阵列安装于车的前方，用于探测短距离的路径信息，从而控制智能车的转向。CCD图像传感器用来完成对远距离路径信息采集，从而为车模转向提供预报，并根据该信息调节车速。路径参数采集过程中，通过微处理器MC9S12DG128的内部定时器设定每隔10ms采集一次红外光电管阵列所检测到的路径信息。在CCD图像采集过程中考虑到传感器的数据传输速度快、数据量较大，受到微处理器片上存储器容量以及主频的限制等因素，引入了分频电路，每隔5行采集一行数据。将两种传感器采集到的数据按一定规律融

7、合到一起来控制转向和车速，这样既能充分利用微处理器的片上资源，又会提高路径参数的检测精度。为了提高车速调节的响应速度，系统设计过程中引入了速度检测模块，它是通过红外光电管和光栅来模拟码盘原理实现的，通过单片机中ECT_16B8C模块的PulseAccumulator定时累计速度传感器的脉冲数来获得车速。同时为了增强调试时的可视化程度，方案中还利用单片机的模块驱动4个数码管显示车速。1.1控制算法研究系统运行的稳定性和快速性很大程度上取决于转向控制和速度控制的好坏。转向控制决定了小车是否能沿着黑色导引线稳定运行，速度

8、控制决定了小车是否能以最佳速度跑完全程。本方案中转向舵机的控制采用了分段式控制方法。对于直道采用光电管阵列加权平均控制转向，弯道时则把通过CCD图像传感器得到的路径参数变化信息作为预报校正值参与转向控制。速度控制分为两种情况，直道时利用红外传感器检测的路径信息设置期望速度，弯道时在红外传感器的基础上引入CCD传感器检测的路径信息设置期望速度。每一种情况下的调