智能汽车竞赛光电组技术报告

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1、第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本智能小车以MC9S12XS128MAL单片机为核心，辅以电源模块、传感器模块、电机控制模块和运行调试模块，通过感应赛道两边的黑线进行路径检测，从而实现智能寻迹。本系统将直立小车的运动控制任务分解为三个基本控制任务：车模平衡控制、车模速度控制和车模方向控制。这三个基本控制任务都通过相应的PID算法来实现。其中，车模平衡控制利用陀螺仪和加速度传感器这两个传感器来测量车模的倾角，通过PD算法控制两个电机的正反转保持车模直立平衡状态；车模速度控制利用编码器测速，通过PID算法控制电机的转速来实现车轮速度

2、的控制；车模方向控制利用线性CCD来检测跑道的黑线路径，通过PD算法控制两个电机间的差速实现车模的转向控制。此外，为了提高调试的方便性，我们还设计了液晶按键模块和应用了无线传输模块以及上位机软件。关键字：MC9S12XS128MAL；平衡控制；速度控制；方向控制；PID目录第一章引言11.1智能车竞赛简介11.2内容结构安排2第二章系统整体方案设计32.1系统供电电路32.2电机与驱动模块32.3车模直立检测与控制32.4车速检测与调节42.5车模方向控制42.6系统整体设计方案结构图4第三章机械结构设计53.1车模的改装53.2车模上各模块的安装6

3、3.2.1电池的安装63.2.2主控板的安装73.2.3驱动板的安装7图3-2-3驱动板安装图83.2.4编码器及CCD的安装83.2.5陀螺仪及加速度计的安装9第四章硬件电路设计104.1主控芯片104.2系统供电模块104.2.15V稳压电路104.2.23V稳压电路114.3电机驱动模块114.4角度检测模块124.4.1陀螺仪124.4.2加速度计134.5速度检测模块144.6路径检测模块154.7系统调试模块154.7.1拨码开关154.7.2液晶按键模块164.7.3无线通讯模块16第五章软件算法设计175.1数字PID175.1.1比

4、例（P）控制175.1.2积分(I)控制175.1.3微分（D）控制185.2车模直立检测与控制185.2.1卡尔曼滤波195.2.2车模直立控制（PD调节器）195.2.3车模直立控制程序205.3车速检测与调节215.3.1车模速度控制（PID调节器）215.4车模方向控制235.4.1车模方向控制（PD调节器）235.4.2车模方案控制程序235.5特殊路况的处理245.5.1路障的处理245.5.2白色背景的处理255.6调试工具255.6.1虚拟示波器265.6.2CCD调试工具26第六章主要技术参数28第七章总结29参考文献30附录A部分

5、源程序代码I附录B原理图XVIII第一章引言1.1智能车竞赛简介为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创

6、新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛由竞赛秘书处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健

7、康、普及、持续的方向发展。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国个省市自治区近所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了七届，为了提高全国大学生智能汽车竞赛创新性和趣味性，激发高校学生参与比赛的兴趣，提高学生的动手能力、创新能力和接受挑战能力，智能汽车组委会将第七届竞赛的电磁组比赛规定为车模直立行走。XIX而本届竞赛，组委

8、会将光电组比赛规定为车模直立行走，并在另外规定在车道上添加障碍和坡道,以增加难度。本论文主要介绍光电组的智能