飞思卡尔智能车的设计制造与调试

摘要

本文以制作飞思卡尔智能车为背景介绍智能车自动循线控制系统方案。文中主要介绍了智能车的整体框架、硬件设计、摄像头图像采集模块、编码器速度采集模块、执行模块电路设计、电源管理模块以及系统软件设计。在硬件设计方面，结合选用芯片的要求，自行设计实现了系统的电路板，实践证明，该电路板较好的集成了智能车所需电路，使得整车的集成度提高，性能更加可靠。软件系统以Freescale16 MC9S12XS128作为系统控制处理器，采用CCD摄像头获取实时赛道信息，通过边缘检测方法提取赛道黑线，求出小车与黑线间的位置偏差，采用PD控制算法对舵机转向进行控制。经过实践证明，该套方案能够使智能汽车稳定并且快速运行。

关键字：飞思卡尔单片机 ；摄像头信息处理；

1 引言

智能车是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。本文所述的自主寻迹模型车制造是基于Freescale16MC9S12XS128单片机来开发并实现的，系统采用CCD摄像头识别道路中央黑色的引导线，自动控制小车前进和转向，从而实现快速稳定的寻线行驶。为保证智能车在行驶过程具有良好的操稳性和平顺性，控制系统对转向舵机控制和直流电机驱动控制提出了较为理想的解决方案，用来实现安全过弯和快速通过直道。

2 整车设计思路

2.1 控制系统

智能车的工作模式如图1 所示：CCD 传感器拍摄赛道图像并以PAL 制式信号输出到CCD 信号处理模块进行二值化并进行视频同步信号分离，二值化后的数据和同步信号同时输入到MC9S12XS128控制核心，进行进一步处理以获得图像信息；通过光电转速传感器检测车速，并采用MC9S12XS128 的输入捕捉功能进行脉冲技术计算速度和路程；通过片上AD 检测电池电压；舵机转向采用分段PID 控制；电机转速控制采用PID 控制，通过PWM 控制驱动电路调整电机的功率；而车速的目标值由默认值、运行安全监控和基于路径记忆的优化策略综合控制。

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南京工业大学信息学院电子设计大赛（智能车）

技 术 报 告

学 校：

专 业：

参赛队员：

袁乐乐袁冯杰 南京工业大学 电子信息工程 沈春娟

引言

根据本次比赛规则的要求,结合“飞思卡尔”的一些要求，本队已经完成了智能车系统的设计、制作、安装和调试。该智能车的设计思路是：首先，通过路径识别传感器采集路径信息，经STC12C5A32S2单片机处理输出控制信号，通过电机驱动控制两个直流电机的转速，实现智能车快速寻迹的目的。

利用红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航的设计与实现。使用红外反射式传感器感知与地面颜色有较大反差的引导线，从而实现自主式寻迹。 利用PWM技术对直流电机进行速度调节，两轮驱动，运用两个直流电机转速差异进行方向的控制调节。

本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式传感器识别路径上的黑线，通过PWM技术对两个直流电机的速度进行控制，由速度差决定转向的角度，使用开环控制结合PD算法对速度进行简单修正实现直流电机的速度控制。该系统以STC公司的生产的单片机STC 12C5A32S2为控制核心，主要由电源模块、核心控制模块、路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成。为了使智能车更加快速、平稳、准确地行驶，本系统将路径识别，车速的快速检测与响应，电机和直流驱动电机的正确控制紧密地结合在一起。

技术报告共分为五个部分：第一部分为引言；第二部分是智能车系统设计，介绍智能车总体设计和软、硬件设计及实现方案；第三章是控制算法设计，详述智能车软件实现；第四章是实验验证；第五章是总结。

智能车系统设计

一． 硬件设计

本系统硬件部分由电源模块、主控制器模块、路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成，系统硬件结构如图所示。

1. 主控制器模块

本系统中，主控制器模块采用STC 12C5A32S2单片机。STC公司的单片机STC 12C5A32S2主要特点就是功能高度的集中，并且易于扩展，超强抗干扰，超强抗静电，低功耗。拥有2个16位定时器(兼容普通8051定时器T0/T1)，2路PCA 可再实现2个定时器，拥有8通道、10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用。该单片机的运算能力强，自由度大，软件编程灵活。支持C语言程序设计、汇编语言程序设计以及C语言与汇编语言的混合程序设计，在系统可编程,无需编程器,无需仿真器，极大地方便了用户的使用，提高了系统开发效率。我们选择这款单片机主要是因为该单片机集成了两路可编程计数器阵列(PCA)模块，可用于脉宽调制(PWM)输出，来控制车轮的转速。

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北京交通大学光电二队——平衡先锋

组员：阮海军 钟韦 李鑫磊 指导老师：马庆龙

“飞思卡尔”智能车——北京交通大学光电二队技术报告 （机械部分）

作者：李鑫磊 学号：10222043

经过半年的努力，在智能车也有些心得，在比赛结束后对自己负责的部分进行整理，这时才发现，有些东西还是没做到位，比如机械方面的结构分析、受力分析还是不够仔细，很多情况下只是大约估计一下，估计重心的位置，安装的高度等。现在为了纪念那段历史，我在这里就自己负责的部分进行详细分析，以便为学弟学妹们留下参考资料，做好传承的工作。愿北京交通大学的智能车越来越好，也希望后来者将传承做好，一步步提高交大智能车水平。

下面我将从直立行走车在转弯处和越障碍的运动状况以及应注意的问题，进行分析。该报告是从独立各个因素分析，得出相应参数的影响。

直立车模型的建立

直立车在行走时是依靠两个轮子接触地面，其他部分不能作为支撑接触地面，直立车就机械方面还有一个重要的点——重心位置（在以后的分析中，除非特别说明，否则按照忽略空气阻力处理）。根据以上的条件可将直立车简化为一下图形：车身简化为三角形（三角形底边为车轮轴，顶点为重心位置），

图

1

北京交通大学光电二队——平衡先锋

组员：阮海军 钟韦 李鑫磊 指导老师：马庆龙

图2

设小车平均速度为v，车重为G，重力加速度为g，

当小车通过弯道时

设弯道半径为R，离心力为F，车轮和路面的摩擦因数较大，即不会产生侧滑。

根据离心力公式可得

Gv2?=设小车转弯时，距转弯圆心近的轮子为内轮，距转弯圆心远的轮子为外轮，小车内轮即将离地时（其实此时对于直立车来说小车内轮已经开始打滑了，此处只是为了找到影响车速的量）

则小车对外轮取矩可得（参考图1）

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第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛技术报告

学    校：

队伍名称：

参赛队员：

带队教师：

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

        本人完全了解第六届全国大学生“飞思卡尔”杯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：                     

带队教师签名：                     

日        期：                   

目录

第一章 引言........................................................ 1

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山 东 工 商 学 院

课程设计报告

设 计 题 目：智能车设计及实验 所属课程名称：智能车设计及实验 班 级： 姓 名：

学 号：

目录

目录 ..........................................................................................................

第一章 引言 ...........................................................................................

1.1 整车设计思路 ..................................................................................

第二章 硬件设计 ...................................................................................

2.1 小车机械改造 ............................................................................

2.1.1 舵机的改装 .................................................................................

2.2 单片机系统设计 ...............................11.........................................

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第三届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车邀请赛

技 术 报 告

附件A程序源代码

附件B模糊算法在智能车控制中的应用

学 校：中国民航大学

队伍名称：航大一队

参赛队员：贾翔宇

李科伟

杨 明

带队教师：丁 芳

孙毅刚

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、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： 带队教师签名： 日 期：

目 录

第一章 引 言 ..................................................... 1

第二章 智能车设计制作思路以及实现方案概要 ......................... 2

第三章 硬件电路设计 ................................................ 4

3.1 黑线检测电路 ................................................ 4

3.2系统电路 .................................................... 4

3.2.1 单片机最小系统 ........................................ 5

3.2.2 接口电路 .............................................. 5

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第七届“飞思卡尔”杯全国大学生

智能汽车竞赛

技术报告

学校：厦门大学嘉庚学院

队伍名称：自强队

参赛队员：徐杰生

曾海涵

王明南

带队老师：康恺

吴天宝

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、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：徐杰生 曾海涵 王明南 带队教师签名：康恺 吴天宝 日 期：2012-8-14

摘要

本文介绍一套直立智能车速度磁导航的设计,该智能车以COLDFIRE MCF52259作为整个系统信息处理和控制的核心。该系统通过3个方面进行控制。由陀螺仪ENC-03MB和加速度计MMA7361车体在直立过程中的信息，通过PID控制对智能小车直立进行控制；速度控制是由2个编码器对电机两端进行测速，将测得的速度与给定的速度进行PID速度闭环控制；由互感线圈采集赛道信息，得到多个互感线圈的信息值，通过PID的控制起到寻线方向控制。

关键词：COLDFIREMCF52259 PID 直立 速度 寻线方向

II

目录

第一章、引言................................. ..................1

1.1概述................................. ......................1

1.2整车设计思路................................. ..............1

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