南京理工大學(xué)南理工光電1隊(duì)技術(shù)報(bào)告

1、第五屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告第一章 引言 II XXV第五屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技 術(shù) 報(bào) 告學(xué) 校：南京理工大學(xué)隊(duì)伍名稱(chēng)：南理工光電1隊(duì)參賽隊(duì)員：周琪、李蒙、周帆帶隊(duì)教師：吳益飛、郭建 I關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解第五屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開(kāi)參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車(chē)的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中。參賽隊(duì)員簽名：周琪 李蒙 周帆 帶隊(duì)教師簽名：吳益飛 郭建 日

2、 期：2010.8.10 I目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc269471944 第一章 引言 PAGEREF _Toc269471944 h 1 HYPERLINK l _Toc269471945 1.1 課題研究背景及意義 PAGEREF _Toc269471945 h 1 HYPERLINK l _Toc269471946 1.2 智能車(chē)發(fā)展概況 PAGEREF _Toc269471946 h 1 HYPERLINK l _Toc269471947 1.3 大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc269471947 h 3 HYPERLINK

3、 l _Toc269471948 第二章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc269471948 h 5 HYPERLINK l _Toc269471949 2.1 系統(tǒng)總體分析 PAGEREF _Toc269471949 h 5 HYPERLINK l _Toc269471950 2.2智能車(chē)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc269471950 h 6 HYPERLINK l _Toc269471952 2.3智能車(chē)系統(tǒng)工作流程 PAGEREF _Toc269471952 h 7 HYPERLINK l _Toc269471953 2.4本章小結(jié) PAGEREF _

4、Toc269471953 h 8 HYPERLINK l _Toc269471954 第三章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造 PAGEREF _Toc269471954 h 9 HYPERLINK l _Toc269471955 3.1 模型車(chē)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)介紹 PAGEREF _Toc269471955 h 9 HYPERLINK l _Toc269471970 3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與改造 PAGEREF _Toc269471970 h 10 HYPERLINK l _Toc269471973 3.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc269471973 h 11 HYPERLINK l

5、_Toc269471974 第四章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc269471974 h 12 HYPERLINK l _Toc269471975 4.1 激光傳感器電路 PAGEREF _Toc269471975 h 12 HYPERLINK l _Toc269471978 4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 PAGEREF _Toc269471978 h 16 HYPERLINK l _Toc269471981 4.4 測(cè)速模塊 PAGEREF _Toc269471981 h 20 HYPERLINK l _Toc269471985 4.5 電源模塊 PAGEREF _T

6、oc269471985 h 23 HYPERLINK l _Toc269471990 4.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc269471990 h 27 HYPERLINK l _Toc269471991 第五章 光電導(dǎo)引智能車(chē)系統(tǒng)控制算法及軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc269471991 h 28 HYPERLINK l _Toc269471992 5.1 光電導(dǎo)引路況判斷算法 PAGEREF _Toc269471992 h 28 HYPERLINK l _Toc269471994 5.2 車(chē)體轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制算法 PAGEREF _Toc269471994 h 29 HYPERLINK

7、 l _Toc269471995 5.3 電機(jī)閉環(huán)控制算法 PAGEREF _Toc269471995 h 31 HYPERLINK l _Toc269471996 5.4 系統(tǒng)模塊化程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc269471996 h 32 HYPERLINK l _Toc269472001 5.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc269472001 h 41 HYPERLINK l _Toc269472002 第六章 光電導(dǎo)引智能車(chē)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào) PAGEREF _Toc269472002 h 42 HYPERLINK l _Toc269472003 6.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 PAGERE

8、F _Toc269472003 h 42 HYPERLINK l _Toc269472004 6.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境調(diào)試使用 PAGEREF _Toc269472004 h 42 HYPERLINK l _Toc269472005 6.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc269472005 h 44 HYPERLINK l _Toc269472006 結(jié) 論 PAGEREF _Toc269472006 h 45附錄A：控制程序代碼I附錄B：模型車(chē)技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)XXVI摘 要本文以第五屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽為背景，在遵守競(jìng)賽規(guī)則的前提下，提出了智能汽車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。通過(guò)深入學(xué)習(xí)汽車(chē)

9、技術(shù)相關(guān)理論，對(duì)車(chē)體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析和優(yōu)化改造。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，其主要包括核心控制模塊、電源管理模塊、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、存儲(chǔ)器模塊、人機(jī)接口模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、放電器模塊等。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行性能，對(duì)轉(zhuǎn)向控制策略、行駛速度控制策略及后輪驅(qū)動(dòng)閉環(huán)PID 控制算法等進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，完成了系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。最后，通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的調(diào)試，智能車(chē)系統(tǒng)已能在測(cè)試賽道上快速運(yùn)行，性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：智能汽車(chē) 路徑檢測(cè) 光電傳感器 MC9S12XS128 PID第一章 引言1.1 課題研究背景及意義智能車(chē)輛也叫無(wú)人車(chē)輛，是一個(gè)集環(huán)境

10、感知、數(shù)據(jù)處理、決策控制和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體19。智能車(chē)輛最主要特點(diǎn)是自動(dòng)駕駛，即依靠汽車(chē)控制系統(tǒng)駕駛汽車(chē)，自動(dòng)分析和處理汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中遇到的各種情況，并根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)獲取的道路信息，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)地點(diǎn)向另一個(gè)地點(diǎn)的移動(dòng)。因此，智能車(chē)輛在原車(chē)輛系統(tǒng)基礎(chǔ)上主要由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、道路信息獲取系統(tǒng)和其它一些傳感器組成。道路信息獲取系統(tǒng)用來(lái)獲得道路的各種信息，車(chē)速傳感器用來(lái)獲得車(chē)速，障礙物傳感器用來(lái)獲得前方、側(cè)方、后方障礙物位置等，然后由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)所獲圖像、信息的預(yù)處理、增強(qiáng)與分析識(shí)別

11、工作，并對(duì)車(chē)輛的行駛狀況做出判斷與控制15,19,36。1.2 智能車(chē)發(fā)展概況智能汽車(chē)的研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，可以從根本上改變現(xiàn)行汽車(chē)的信息采集處理、信息交換、行車(chē)導(dǎo)航與定位、車(chē)輛控制、汽車(chē)安全保證等技術(shù)方案與體系結(jié)構(gòu)20,35。伴隨著傳感器技術(shù)、信息融合技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)于智能車(chē)及其相關(guān)技術(shù)的研究成為熱門(mén)，更多的國(guó)際公司、研究單位、科研院所投入到開(kāi)發(fā)研究智能車(chē)的隊(duì)伍中24,37。 從20世紀(jì)70年代，美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究，大致可以分為三個(gè)階段：軍事用途、高速公路環(huán)境和城市環(huán)境16。在軍事用途方面，早在

12、80年代初期，美國(guó)國(guó)防部就資助自主陸地車(chē)輛ALV（AutonomousLandVehicle）的研究37，如圖1.1。進(jìn)入21世紀(jì)，為促進(jìn)無(wú)人駕駛作戰(zhàn)車(chē)輛的研發(fā)，減少在戰(zhàn)役中的傷亡人數(shù)，從2004年起，美國(guó)國(guó)防部連續(xù)舉辦大挑戰(zhàn)（Grand Challenge）比賽活動(dòng)，對(duì)促進(jìn)智能車(chē)輛技術(shù)交流與創(chuàng)新起到很大激勵(lì)作用14。隨著現(xiàn)實(shí)需要，智能車(chē)輛的研究逐漸轉(zhuǎn)向了民用領(lǐng)域，最早出現(xiàn)在高速公路應(yīng)用領(lǐng)域。高速公路無(wú)人駕駛研究的典型代表有美國(guó)CMU大學(xué)的NavLab-5系統(tǒng)，意大利帕爾瑪大學(xué)的ARGO系統(tǒng)和德國(guó)聯(lián)邦國(guó)防大學(xué)的VaMP系統(tǒng)14，如圖1.2。這些針對(duì)高速公路的系統(tǒng)大多采用視覺(jué)導(dǎo)航，并獲得了很大成

13、功19。由于環(huán)視境光照的復(fù)雜性，覺(jué)系統(tǒng)的可靠性和魯棒性有待進(jìn)一步提高，此類(lèi)研究的離產(chǎn)品化還有一定的距離。在城市交通方面，歐洲Yamaha公司推出了旅游接待智能車(chē)輛CyberCab，該車(chē)在收回了75%投資，實(shí)現(xiàn)了真正的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，并且人車(chē)交互更方便，技術(shù)上更加成熟。日本在無(wú)人駕駛研究方面與歐洲聯(lián)系比較密切，起步較早。在2005年日本愛(ài)知世博會(huì)上，豐田公司成功演示了ITMS無(wú)人駕駛公交系統(tǒng)19。美國(guó)在城市環(huán)境智能車(chē)輛研發(fā)方面，起步較晚，目前與歐洲和日本存在一些差距。 圖1.1 美國(guó)國(guó)防部自主陸地車(chē)輛ALV 圖1.2 意大利帕爾瑪大學(xué)的ARGO系統(tǒng)由于起步較晚，國(guó)內(nèi)智能車(chē)研究水平總體上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存

14、在不小的距離。但經(jīng)過(guò)各高校和研究單位的不懈努力，仍取得了階段性的成果。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和南京理工大學(xué)等都有過(guò)無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究項(xiàng)目27,34。我國(guó)的智能車(chē)發(fā)展也主要運(yùn)用在軍事用途、高速公路和城市交通三個(gè)領(lǐng)域?！鞍宋濉?、“九五”期間由包括我校在內(nèi)的國(guó)內(nèi)六所重點(diǎn)大學(xué)聯(lián)合研制成功了我國(guó)第一輛智能車(chē)ALVLAB1和第二代智能車(chē)ALVLAB2，第二代智能車(chē)ALVLAB2在道路環(huán)境下自主行駛最高速度、正常行駛速度、越野環(huán)境白天行駛最高速度以及夜間行駛最高速度都較第一代有很大提高，同時(shí)支持臨場(chǎng)感遙控駕駛及偵察等功能目前，我國(guó)正在組織研究第三代的陸地自

15、主車(chē)ALVLAB36,25。THMRV（TsingHua Mobile Robot V）清華V型智能車(chē)是一個(gè)比較成功的范例。它由清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中國(guó)科學(xué)院院士張鈸主持下研制的新一代智能移動(dòng)機(jī)器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能。車(chē)體裝備有彩色攝像機(jī)和激光測(cè)距儀組成的道路與障礙物檢測(cè)系統(tǒng)；由差分GPS、磁羅盤(pán)和光碼盤(pán)組成的組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。兩套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)行視覺(jué)住處處理，完成信息融合、路徑規(guī)劃、行為與決策控制等功能。四臺(tái)IPC工控機(jī)分別完成激光測(cè)距信息處理、定位信息處理、通訊管理和駕駛控制等功能7,13。 圖1.3 清華大學(xué)V型無(wú)人駕駛車(chē) 圖1.4 上海交大

16、Cycber C3除了清華大學(xué)汽車(chē)研究所展開(kāi)智能車(chē)技術(shù)研究外，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者也加入到這一新興學(xué)科中來(lái)。比如上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，能根據(jù)道路彎曲程度的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出車(chē)輛的轉(zhuǎn)向盤(pán)角度輸入，控制車(chē)輛按預(yù)設(shè)道路行駛；吉林工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的一輛通過(guò)識(shí)別地面鋪設(shè)的條狀路標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航的智能車(chē)輛，可以穩(wěn)定跟蹤直線(xiàn)、弧線(xiàn)、型線(xiàn)等軌跡自動(dòng)行駛19。1.3 大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽簡(jiǎn)介“飛思卡爾杯”智能車(chē)大賽起源于韓國(guó)，是韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)汽車(chē)控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCSl2單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競(jìng)賽。組委會(huì)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)模型、直流電機(jī)和可充電式電池，參賽隊(duì)伍要制作一個(gè)能夠自

17、主識(shí)別路徑的智能車(chē)，在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的跑道上自動(dòng)識(shí)別道路行駛，誰(shuí)最快跑完全程而沒(méi)有沖出跑道并且技術(shù)報(bào)告評(píng)分較高，誰(shuí)就是獲勝者。其設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車(chē)電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、能源等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)融合和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，具有良好的推動(dòng)作用。全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽是在規(guī)定的模型汽車(chē)平臺(tái)上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8位、16位微控制器或者數(shù)字處理控制器作為核心控制模塊，通過(guò)增加道路傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及編寫(xiě)相應(yīng)軟件，制作一個(gè)能夠自主識(shí)別道路的模型汽車(chē)，按照規(guī)定路線(xiàn)行進(jìn)，以完成時(shí)間最短者為優(yōu)勝。因而該競(jìng)賽是涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)

18、算機(jī)和機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的比賽。該競(jìng)賽以飛思卡爾半導(dǎo)體公司為協(xié)辦方，自2006年首屆舉辦以來(lái)，成功舉辦了四屆，得到了教育部、飛思卡爾公司與各高校師生的高度評(píng)價(jià)，已發(fā)展成全國(guó)30個(gè)省市自治區(qū)500余所高校廣泛參與的全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽。圖1.5為第四屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽的決賽場(chǎng)景。圖1.5 第四屆“飛思卡爾杯”智能汽車(chē)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)第二章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第二章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體分析具體設(shè)計(jì)之前，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)可以大大減少設(shè)計(jì)出錯(cuò)與返工的可能性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)任務(wù)與目標(biāo)的分析，選擇合適的軟硬件設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)之初將功能需求描述后對(duì)功能進(jìn)行模塊化，并對(duì)各

19、功能模塊的必要性與可行性做出分析論證。本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)仍然與往屆相同，即在保證不出賽道的基礎(chǔ)上以最短的時(shí)間完成比賽。但需要注意的是賽道的寬度由原來(lái)的60cm減小到50cm，智能車(chē)出界的界定由兩個(gè)輪子變?yōu)橐粋€(gè)輪子，這也意味著競(jìng)賽對(duì)智能車(chē)的穩(wěn)定性有了更高的要求。因此在追求速度之前必須首先保證智能車(chē)的穩(wěn)定性。同時(shí)為了適應(yīng)更加復(fù)雜多變的賽道和不同的光線(xiàn)環(huán)境需要進(jìn)一步提高智能車(chē)的靈敏性與適應(yīng)性。無(wú)論是智能車(chē)的穩(wěn)定性、快速性、靈敏性還是適應(yīng)性，都與智能車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路和軟件算法有著緊密的聯(lián)系。其中穩(wěn)定性與車(chē)體機(jī)械的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的合理性、重心的位置和車(chē)輪參數(shù)密切聯(lián)系；快速性取決于傳感器的前瞻、檢測(cè)精度速度

20、以及電池供電能力和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)能力；靈敏性與適應(yīng)性則由舵機(jī)的響應(yīng)性能和扭矩、傳感器的檢測(cè)范圍、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件算法等決定。以往對(duì)智能車(chē)系統(tǒng)的分類(lèi)中往往將機(jī)械結(jié)構(gòu)部分與硬件電路歸類(lèi)為硬件系統(tǒng)部分，將軟件算法歸類(lèi)為軟件系統(tǒng)部分，這種分類(lèi)形式往往側(cè)重于將智能車(chē)的性能歸結(jié)于硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件算法的實(shí)現(xiàn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)雖然也有提及，但仍沒(méi)有得到足夠的重視。從往屆比賽來(lái)看，特別是第四屆比賽，機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整對(duì)于影響賽車(chē)速度起到了至關(guān)重要的作用，一顆螺絲固定的松緊度、一塊電路板的安放位置都將對(duì)整個(gè)智能車(chē)的速度起到很大影響，而機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新則將大大提高智能車(chē)車(chē)速。從上面的分析能得出，智能車(chē)的性能不是僅僅由某一因素影

21、響，而是各因素綜合影響下的結(jié)果，各系統(tǒng)模塊之間必須協(xié)調(diào)、合理的工作才能保證車(chē)體各方面性能。因此，將智能車(chē)系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)，即機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，而三者之間則是從機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)形成由下而上，由底層到上層的關(guān)系。軟件系統(tǒng)是控制機(jī)構(gòu)，電路系統(tǒng)是檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)械系統(tǒng)則是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其關(guān)系和基本組成結(jié)構(gòu)如圖2.1。圖2.1 智能車(chē)系統(tǒng)組成圖智能車(chē)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框架如圖2.2所示：圖2.2 智能車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.2所示，智能車(chē)主要由如六個(gè)部分組成：（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)。這部分的作用是對(duì)信息采集模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，并以此相應(yīng)做出控制決策，是智能車(chē)的“大腦”。本次

22、智能車(chē)的單片機(jī)選用的是Freescale的16位單片機(jī)MC9S12XS128B，它負(fù)責(zé)各種傳感器信息的數(shù)據(jù)采集、決策算法的實(shí)現(xiàn)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制信號(hào)的產(chǎn)生。（2）數(shù)據(jù)采集模塊。對(duì)智能車(chē)前方賽道情況及車(chē)身行駛速度、加速度等信息進(jìn)行檢測(cè)并送往單片機(jī)最小系統(tǒng)，是智能車(chē)的“眼睛”。（3）執(zhí)行模塊。執(zhí)行模塊就是舵機(jī)和電機(jī)，跟據(jù)單片機(jī)最小系統(tǒng)決策形成的前輪舵機(jī)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角控制信號(hào)，通過(guò)PWM信號(hào)傳送給舵機(jī)IPS017伺服器，實(shí)現(xiàn)智能車(chē)轉(zhuǎn)向控制；跟據(jù)決策形成的電機(jī)速度控制信號(hào)，單片機(jī)PWM信號(hào)給BTS7960以控制H橋上下橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制后輪電機(jī)的電樞電壓和轉(zhuǎn)速。（4）人機(jī)接口模塊。人機(jī)接

23、口模塊是用來(lái)設(shè)定不同的模式，或者是在舵機(jī)中值調(diào)試的過(guò)稱(chēng)中，設(shè)定不同的舵機(jī)轉(zhuǎn)角，方便操作。數(shù)碼管是用于顯示用的，可以顯示設(shè)定的模式或者速度、轉(zhuǎn)角的值，也可以顯示運(yùn)行過(guò)稱(chēng)的中間值，方便調(diào)試過(guò)程。（5）無(wú)線(xiàn)通訊模塊。通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊，可以將智能車(chē)行駛過(guò)程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到電腦，是一種實(shí)用高效的調(diào)試手段。（6）SD卡。SD卡也是一種有效的調(diào)試工具。SD卡可以記錄智能車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，存儲(chǔ)智能車(chē)的參數(shù)。在上位機(jī)中，用專(zhuān)門(mén)的軟件讀取SD卡中的數(shù)值，可以整體分析智能車(chē)的行走路線(xiàn)、速度等關(guān)鍵參數(shù)，如果運(yùn)用得當(dāng)?shù)脑?huà)，還可以恢復(fù)賽道，更好的仿真算法的優(yōu)劣。智能車(chē)系統(tǒng)工作流程智能車(chē)系統(tǒng)的工作過(guò)程大致可以分為七塊：（1）初

24、始化。初始化包括加速度傳感器信息采集的AD口初始化；道路信息傳感器信息采集的外部中斷初始化；實(shí)現(xiàn)電機(jī)閉環(huán)控制的捕捉口PT0及累加器A的初始化；控制智能車(chē)后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)的PWM信號(hào)初始化；無(wú)線(xiàn)通訊裝置的異步串口初始化；人機(jī)接口的初始化。（2）模式選擇。單片機(jī)中存儲(chǔ)了多套控制方案，通過(guò)按鍵輸入，選擇適當(dāng)?shù)目刂品桨缸屜到y(tǒng)運(yùn)行。（3）讀取傳感器數(shù)據(jù)。通過(guò)AD口讀入激光傳感器的值；另外，通過(guò)AD口讀取加速度傳感器信息。（4）數(shù)據(jù)處理。對(duì)于讀入的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，得到預(yù)瞄點(diǎn)黑線(xiàn)的中心位置，為控制策略提供原始信息。（5）舵機(jī)控制策略。采用預(yù)瞄距離可變的預(yù)瞄算法計(jì)算出智能車(chē)舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制量。

25、（6）電機(jī)控制策略。采用PID控制算法計(jì)算出智能車(chē)電機(jī)速度控制量。（7）執(zhí)行。智能車(chē)舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制量及電機(jī)速度控制量分別給舵機(jī)和電機(jī)，一個(gè)周期結(jié)束后，繼續(xù)采集下一個(gè)周期的傳感器數(shù)據(jù)。本章小結(jié)本章中，首先介紹了一下“飛思卡爾”智能車(chē)的比賽規(guī)則和設(shè)計(jì)的總體要求。然后，講了智能車(chē)的總體設(shè)計(jì)，把每個(gè)模塊都做了介紹。最后，簡(jiǎn)單說(shuō)了一下智能車(chē)工作的整個(gè)流程。第三章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造第三章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造作為智能車(chē)系統(tǒng)的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模型車(chē)自身機(jī)械機(jī)構(gòu)的性能直接決定了整個(gè)智能車(chē)系統(tǒng)的性能。通過(guò)對(duì)前四屆比賽的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)車(chē)模結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和硬件設(shè)備的可靠性在智能車(chē)系統(tǒng)中所占比

26、重越來(lái)越大。在規(guī)則允許范圍內(nèi)，適當(dāng)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)可以帶來(lái)事半功倍的效果。其中，前輪定位參數(shù)優(yōu)化、轉(zhuǎn)向舵機(jī)力臂增大和底盤(pán)重心位置調(diào)整對(duì)于車(chē)模的機(jī)械性能有著較大影響。3.1 模型車(chē)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)介紹系統(tǒng)所用智能車(chē)模型為1/16仿真越野車(chē)模型，四輪驅(qū)動(dòng)。該車(chē)模機(jī)械結(jié)構(gòu)基本參數(shù)表3.1。圖3.1為車(chē)模實(shí)物圖。表3.1 車(chē)模參數(shù)表車(chē)模參數(shù)尺寸前輪輪距180mm后輪輪距180mm前后軸距180mm車(chē)身長(zhǎng)度246mm車(chē)輪直徑66mm車(chē)輪寬度28mm圖3.1 越野車(chē)模實(shí)物圖3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與改造3.2.1 前輪定位參數(shù)調(diào)整現(xiàn)代汽車(chē)在正常行駛的過(guò)程中，為了使汽車(chē)直線(xiàn)行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動(dòng)回正，并減小輪

27、胎和轉(zhuǎn)向零件的磨損等，在轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸之間形成一定的安裝位置，叫做車(chē)輪定位。其主要定位參數(shù)包括：主銷(xiāo)后傾、主銷(xiāo)內(nèi)傾、車(chē)輪外傾和車(chē)輪前束。此模型車(chē)可以調(diào)整車(chē)輪外傾和車(chē)輪前束。 前輪外傾角：通過(guò)車(chē)輪中心的汽車(chē)橫向平面與車(chē)輪平面的交線(xiàn)與地面垂線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為“前輪外傾角”，如圖3.2所示。 圖3.2 前輪外傾示意圖 前輪外傾主要起著防止輪胎變形的作用。因?yàn)檐?chē)體本身的重量，車(chē)體將因承載而變形，從而導(dǎo)致車(chē)輪內(nèi)傾，這將加速輪胎的偏磨損。為了使車(chē)輪接近垂直路面而滾動(dòng)，使輪胎磨損均勻，安裝輪胎時(shí)應(yīng)使其具有一定的外傾角。另一方面，適當(dāng)?shù)耐鈨A也會(huì)延長(zhǎng)車(chē)輪連接件的使用壽命。前輪前束：前輪前束是指兩輪之間的后距

28、離數(shù)值與前驅(qū)離數(shù)值之差，也指前輪中心線(xiàn)與縱向中心線(xiàn)的夾角，如圖3.3所示。圖3.3 前輪前束示意圖前輪前束是為了減輕或者抵消前輪外傾而造成的不良后果，兩者間需要協(xié)調(diào)。車(chē)輪有了外傾角之后，就會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)車(chē)輪向外滾開(kāi)，車(chē)輪在路面上會(huì)出現(xiàn)邊滾邊滑的現(xiàn)象，從而加速輪胎的磨損。為了緩解這種情況，在安裝車(chē)輪時(shí)使兩輪前邊緣距離小于后邊緣距離，這樣可使車(chē)輪的滾動(dòng)方向接近于正前方。3.2.2 車(chē)體重心調(diào)整車(chē)體的重心是指車(chē)體重力的作用點(diǎn)，其位置的改變會(huì)影響汽車(chē)的動(dòng)力性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性等性能。本車(chē)模在輪子支架和車(chē)模底板之間有四顆用于調(diào)整底盤(pán)高度的螺絲，如圖3.4所示。通常通過(guò)降低車(chē)模底盤(pán)高度，將智能車(chē)整體

29、重心下移，可以有效防止智能車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中的側(cè)滑，保證穩(wěn)定性能。底盤(pán)高度調(diào)整螺母圖3.4 用于調(diào)節(jié)車(chē)身底盤(pán)高度的螺母3.3 本章小結(jié)本章對(duì)模型車(chē)的前輪定位、重心位置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試，并取得了良好的效果。第四章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第四章 光電導(dǎo)引智能汽車(chē)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件是實(shí)現(xiàn)軟件算法的基礎(chǔ)，優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)大大減輕軟件負(fù)擔(dān)，在軟硬件都能解決的時(shí)候往往選擇硬件解決，這同時(shí)也對(duì)硬件設(shè)計(jì)者提出了較高的要求。本控制系統(tǒng)硬件在總結(jié)往年經(jīng)驗(yàn)、借鑒其他成功方案、保證可靠性基礎(chǔ)之上，對(duì)硬件電路接口簡(jiǎn)化、優(yōu)化，并在傳感器電路、驅(qū)動(dòng)電路等方面作了創(chuàng)新。4.1 激光傳感器電路系統(tǒng)是

30、基于光電傳感器的智能車(chē)設(shè)計(jì)，智能車(chē)系統(tǒng)路況信息的采集能力完全依賴(lài)于光電傳感器的性能，智能車(chē)只有看得越遠(yuǎn)才能跑得越快，看得越清晰才能跑得越穩(wěn)，因此選擇合適的光電傳感器對(duì)于本文所設(shè)計(jì)的智能車(chē)系統(tǒng)至關(guān)重要，設(shè)計(jì)合適的光電傳感器電路也是本文的重中之重。通過(guò)對(duì)前四屆光電組比賽情況的研究發(fā)現(xiàn)，紅外光電傳感器基本占有主流位置。但是其在前瞻、抗干擾性、電流等方面的缺點(diǎn)遲遲得不到改善。最多20cm的前瞻大大制約了智能車(chē)的預(yù)判能力；紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光線(xiàn)不便于人的肉眼觀測(cè)，給傳感器排布與調(diào)試帶來(lái)了諸多不便；接受管接收信號(hào)微弱需要二級(jí)放大，信號(hào)為模擬信號(hào)需要AD轉(zhuǎn)換則增大了控制周期；紅外傳感器的工作電流較大增大了

31、系統(tǒng)的負(fù)載。相比紅外光電傳感器，激光傳感器在光強(qiáng)、抗干擾、耗能和檢測(cè)范圍等方面優(yōu)勢(shì)明顯，因此在第四屆競(jìng)賽的決賽中少數(shù)隊(duì)伍使用的激光管大放異彩，光電組前三名隊(duì)伍均使用了激光傳感器方案，其性能甚至可以和攝像頭組相當(dāng)。因此，本文著重研究了激光傳感器方案。4.1.1 激光發(fā)射與接收原理所謂“激光”，是由字頭L（Light，光）、A（Amplification，放大）、S（Stimulated，受激）、E（Emission of，發(fā)射）、R（Radiation，電磁波）構(gòu)成的LASER，即“輻射受激發(fā)射光量子放大”的簡(jiǎn)稱(chēng)。是一種亮度極高，方向性和單色性很好的相干光輻射?，F(xiàn)在，不僅在通信、信號(hào)處理，就連醫(yī)

32、學(xué)、能源等可以說(shuō)所有領(lǐng)域都在廣泛使用激光技術(shù)38。除了常見(jiàn)的固體激光器（例如紅寶石激光器）和氣體激光器（例如He-Ne激光器）以外，還有半導(dǎo)體激光器。從激光技術(shù)的整體來(lái)看，半導(dǎo)體激光的發(fā)展歷史尚淺，不過(guò)，近年來(lái)，隨著在可見(jiàn)光領(lǐng)域藍(lán)光和紅光激光器的實(shí)用化，以及激光器自身性能的進(jìn)步和使用壽命的延長(zhǎng)，半導(dǎo)體激光器已經(jīng)逐漸成為激光器的重要組成部分41。激光的原理是電子在不同能級(jí)躍遷中產(chǎn)生的自發(fā)輻射與受激輻射，而半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。如-V族化合物（如GaAs），-VI族化合物半導(dǎo)體（CdS）和IV-VI族化合物半導(dǎo)體（PbSnTe）等。p-n結(jié)為激活物質(zhì)，如圖4.12為砷化鎵

33、同質(zhì)結(jié)二極管激光器的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)與結(jié)平面垂直的集體解理面構(gòu)成了諧振腔。p-n通常用擴(kuò)散法或者液相外延法制成。外界激發(fā)源的激發(fā)方式有p-n結(jié)正向注入、電子束激發(fā)、光激發(fā)及粒子碰撞電離激發(fā)等，當(dāng)激勵(lì)足夠強(qiáng)和利用半導(dǎo)體材料的街里面作為激光器諧振腔的反射面，可產(chǎn)生半導(dǎo)體激光，根據(jù)材料與結(jié)構(gòu)的不同，半導(dǎo)體激光器的輸出激光波長(zhǎng)范圍為0.33m-34m41。圖4.1 激光產(chǎn)生原理圖一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體激光器具有以下顯著的特點(diǎn)：體積小，重量輕。驅(qū)動(dòng)功率消耗低。能夠直接進(jìn)行調(diào)制。長(zhǎng)壽命。激光接收器是基于受光器件制作而成，受光器件主要有PN結(jié)光敏二極管、NPN結(jié)光敏三極管和含有光敏二極管雙極IC的OPIC（Optica

34、l IC的簡(jiǎn)稱(chēng)），從廣義上包括光生電動(dòng)勢(shì)器件（太陽(yáng)電池、硒光電池）、光電導(dǎo)器件（CdS器件）在內(nèi)。受光器件通過(guò)與發(fā)光二極管的組合可以對(duì)目的物體進(jìn)行檢知，也可以用于接收數(shù)據(jù)等用途。4.1.2 激光傳感器電路設(shè)計(jì)（1）激光檢測(cè)原理激光傳感器檢測(cè)道路的工作原理如圖4.2所示。激光管處于黑線(xiàn)上方時(shí)，經(jīng)調(diào)制后的激光點(diǎn)打到黑色線(xiàn)上，黑色對(duì)光吸收強(qiáng)，接收管接收到的激光少，接收管輸出低電平，檢測(cè)二極管發(fā)亮表示檢測(cè)到黑線(xiàn)；當(dāng)激光管處于白色地面上方時(shí)，根據(jù)漫反射原理，一部分激光被反射回接收管，反射回的光強(qiáng)到達(dá)一定要求時(shí)，接收管輸出高電平。從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路情況的檢測(cè)，進(jìn)而引導(dǎo)智能車(chē)。 圖4.2(a) 激光照射到白

35、色地面上 圖4.2(b) 激光照射到黑線(xiàn)上圖4.2 光電傳感器工作原理示意圖（2）激光傳感器排布對(duì)于光電傳感器的布局來(lái)說(shuō)，“一”字型布局是理論最為成熟，效果最顯著的方案，激光傳感器使用了“一”字布局?！耙弧弊植季种袀鞲衅髦g的間距設(shè)置也是比較講究的，首先需要分析賽道基本參數(shù)，該參數(shù)有競(jìng)賽主委會(huì)提供，如圖4.3所示，賽道總寬度為500mm，中間黑線(xiàn)寬度為25mm,起始標(biāo)志靠近黑線(xiàn)的邊緣距離黑線(xiàn)中心為45mm，起始標(biāo)志線(xiàn)長(zhǎng)度為100mm，寬度為25mm。圖4.3 賽道基本參數(shù)為了使檢測(cè)更加精確，本文首先在基本確定接收管安裝高度和檢測(cè)距離的情況下，測(cè)試了安裝透鏡的接收管的接受范圍，如圖4.4所示,在

36、接收管安裝高度為180mm和檢測(cè)距離為450mm的情況下，其檢測(cè)范圍大約為一個(gè)長(zhǎng)軸為88mm、短軸為38mm的橢圓。根據(jù)以上信息，根據(jù)幾何原理，通過(guò)式（4.1）可以計(jì)算出接收管的擴(kuò)散角： （4.1）其中a為橢圓的短軸，d為透鏡直徑，OA為橢圓中心到透鏡的水平距離，OB為橢圓中心到透鏡的垂直距離。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入上式得到接收管的擴(kuò)散角為：得到圖4.4 透鏡發(fā)散角測(cè)試以及激光管間距的確定方法根據(jù)在上述條件下測(cè)得到的數(shù)據(jù)，本文將大前瞻激光傳感器激光發(fā)射管之間的距離定位12mm。這樣，相鄰三個(gè)傳感器之間的距離為36mm“New”,選擇HCS12XS Family, MC9S12XS128；在“Proje

37、ct name”中填入工程名字，在“Location”中選擇存儲(chǔ)位置，同時(shí)編程語(yǔ)言選擇c；其余選擇默認(rèn)的，最后單擊完成即可。當(dāng)完成了工程的建立之后就可以，在工程中添加源代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。（2）編譯鏈接在工程代碼完成了之后，通過(guò)單擊“Make”按鈕就可以完成編譯和鏈接的工作。編譯的過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生很多的警告信息和錯(cuò)誤，錯(cuò)誤是必須要消除的。消除之后重新“Make”就可以完成編譯鏈接工作。圖6.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境（3）下載與在線(xiàn)調(diào)試下載與在線(xiàn)調(diào)試的工具選用的是P&E Micro公司研制的下載器，型號(hào)為USB-ML-12。它支持背景調(diào)試模式（Background Debug Mode，BDM），從而實(shí)

38、現(xiàn)了單片機(jī)的在線(xiàn)調(diào)試功能。在編譯完成了之后，選擇P&E Multilink調(diào)試模式，單擊“Debug”即可進(jìn)入在線(xiàn)調(diào)試的界面（如圖6.2）。圖6.2 調(diào)試界面調(diào)試窗口包含了菜單欄和工具欄，還包含了8個(gè)子窗口，左邊的4個(gè)從上到下依次為程序代碼源文件窗口、函數(shù)過(guò)程窗口、數(shù)據(jù)窗口一和數(shù)據(jù)窗口二。右邊4個(gè)從上到下依次為匯編語(yǔ)句窗口、寄存器窗口、內(nèi)存窗口和命令行窗口?；镜恼{(diào)試方法是，選擇Start/Continue進(jìn)行全速運(yùn)行程序或者選擇Single Step進(jìn)行單步調(diào)試，同時(shí)還可以在“Source”窗口中的某個(gè)語(yǔ)句處，右擊“Set Breakpoint”,然后運(yùn)行到斷點(diǎn)處，觀察變量情況。數(shù)據(jù)變量的觀

39、察可以在Data1和Data2窗口中觀察，在這里可以選擇變量的顯示方式是十六進(jìn)制或者十進(jìn)制，同時(shí)還可以設(shè)置自動(dòng)刷新數(shù)據(jù)和自動(dòng)刷新的頻率。6.3 本章小結(jié)在本章中，主要對(duì)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)進(jìn)行了說(shuō)明。首先對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行了介紹，對(duì)系統(tǒng)的程序編寫(xiě)和調(diào)試軟件的基本使用情況進(jìn)行了說(shuō)明。結(jié) 論本次設(shè)計(jì)以第五屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽為背景，在前四屆大賽的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了以16位單片機(jī)MC9S12XS128為核心的智能汽車(chē)系統(tǒng)。在硬件方面，在對(duì)以往方案進(jìn)行仔細(xì)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)廣泛查閱相關(guān)資料與大量測(cè)試，重新設(shè)計(jì)了核心控制模塊、電源管理模塊；在激光傳感器方案、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案、激光傳感器固定與控制方案和人機(jī)接口模塊方

40、案上較前四屆均有了突破，新增了存儲(chǔ)器和無(wú)線(xiàn)通信模塊。實(shí)踐證明，本套硬件系統(tǒng)有助于智能汽車(chē)跑出較好的成績(jī)。在軟件方面，在智能車(chē)競(jìng)賽組委會(huì)提供的車(chē)模和一些基礎(chǔ)部件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多方面的設(shè)計(jì)改造，主要對(duì)車(chē)模的軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)智能車(chē)的算法進(jìn)行了優(yōu)化，并通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)于提高智能車(chē)的運(yùn)行速度、運(yùn)行的穩(wěn)定性以及智能特性等多方面都有了很大的提高。由于技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的不足，系統(tǒng)尚不夠完善。另外，有限的時(shí)間也導(dǎo)致一些新技術(shù)、新方案沒(méi)能得到充分的實(shí)驗(yàn)。但是，相信經(jīng)今后過(guò)不懈努力，這些問(wèn)題在不久的將來(lái)終能得到解決。參 考 文 獻(xiàn)1 邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線(xiàn)開(kāi)發(fā)方法M.北京：清華大學(xué)出版社，2007.2 熊萬(wàn)

41、龍.基于Kalman濾波器的自主車(chē)輛定位方法研究D.北京：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005.3 卓晴，黃開(kāi)勝，邵貝貝等.學(xué)做智能車(chē)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.4 張雪梅.車(chē)輛的智能化與道路交通安全J.山西交通科技，2004，167（5）：8284.5 韓俊淑，韓佳文，高翔，趙玉凡，常明.智能車(chē)輛的研究及發(fā)展J.世界汽車(chē)，2003，9（35）：79806 郭烈.高速智能車(chē)電器與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)D.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2003.7 蘇鑫.小型智能車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.西安：西安理工大學(xué)，2008.8 田海波.一種微型智能車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析D.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.9 何奇文

42、，彭建盛，周東.基于紅外反射式傳感器智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.高師理科學(xué)刊，2008，28（3）：4548.10 江思敏，唐廣芝.PCB和電磁兼容性設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.11 趙玲.基于視覺(jué)和超聲傳感器融合的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)研究D.武漢：武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2007.12 胡杰.基于16位單片機(jī)MC9S12DG128智能模型車(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究D.武漢：武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院，2008.13 王朝盛.基于16位單片機(jī)MC9S12DG128B智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.天津：天津工業(yè)大學(xué)，2007.14 伍舜喜.基于激光雷達(dá)的智能車(chē)定位技術(shù)研究D.上海：上海交通大學(xué)，2008.15 鄔昌茂

43、.基于HCS12單片機(jī)的智能車(chē)底層控制系統(tǒng)研究D.上海：上海交通大學(xué), 2008.16 李果.汽車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究D.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，1994.17 王洋.基于視覺(jué)導(dǎo)航的智能車(chē)系統(tǒng)研究D.南昌：南昌大學(xué)，2008.18 黃文卿.基于DSP 的智能汽車(chē)賽道檢測(cè)和控制算法的實(shí)現(xiàn)D.北京理工大學(xué)，2008.19 王銘明.智能模型汽車(chē)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)D.南京：南京理工大學(xué)，2009.20 江澤鑫.飛思卡爾智能汽車(chē)系統(tǒng)建模與控制算法設(shè)計(jì)D.南京：南京理工大學(xué)，2008.21 姜培安.印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)M.北京：中國(guó)電力出版社，2007.22 楊宗德.Protel DXP電路設(shè)計(jì)制板100

44、例M.北京：人民郵電出版社，2005.23 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.24 郭烈.高速智能車(chē)電器與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)D.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2003.25 熊有倫.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1997.26 杜剛.電路設(shè)計(jì)與制板：Protel應(yīng)用教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.27 聶榮等.實(shí)例解析PCB設(shè)計(jì)技巧M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.28 王志良.競(jìng)賽機(jī)器人制作技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.29 薛定宇.控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.30 張曉華.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CA

45、DM.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.31 李果.汽車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究D.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，1994.32 李峰.智能交通系統(tǒng)在國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)J.國(guó)外公路，1999，19（1）：15.33 徐國(guó)華，譚民.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001.34 徐友春，王榮本.世界智能車(chē)輛近況綜述J.車(chē)輛工程，2001.35 彭軍.光電器件基礎(chǔ)與應(yīng)用M.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2009.36 郝曉劍，李仰軍.光電探測(cè)技術(shù)與應(yīng)用M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.37 汪貴華.光電子器件M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社M，2008.38 魏彪，盛新志.激光原理及應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社

46、M，2007.39 王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2007.40 Myung Wook Park,Young-Jin Son,Jung-Ha Kim.Design of the Real Time Control System for Controlling Unmanned Vehicle.International Conference on Control,Automation and Systems,Oct 2007,pp.1234-1237.41 Hark.Inueo.Maeyama.Navigation Using One Laser Source f

47、or Mobile Robot with Optical Sensor Array Installed in Pan and Tilt Mechanism IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics.AIM 2008.p 257-62,2008.42 Yanfei Liu, Zhaohui Wu. A smart car control model for drivers comfort of car followingJ.Intelligent Vehicle Symposium,2005.P

48、roceedings.IEEE,2005：833-839.第五屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告控制程序代碼 PAGE XXIV PAGE XXVI附錄A：控制程序代碼主程序#include PLL.h#include AD.h#include Threshold.h#include DetectBlackLine.h#include SPEED_STEER.h#define HIGH_SPEED1 300#define MID_SPEED1 250#define LOW_SPEED1 225#define HIGH_SPEED2 320#define MID_SPEED2 260#defin

49、e LOW_SPEED2 240#define HIGH_SPEED3 240#define MID_SPEED3 215#define LOW_SPEED3 190#define HIGH_SPEED4 330#define MID_SPEED4 280#define LOW_SPEED4 275#define LOWEST_SPEED 50#define INIT_SPEED1 200#define INIT_SPEED2 205#define INIT_SPEED3 195#define INIT_SPEED4 210int high_speed;int mid_speed;int lo

50、w_speed;/閉環(huán)控制參數(shù)/ int Kp=2,Ki=0,Kd=0;int get_speed;int speed_error_0=0,speed_error_1=0,speed_error_2=0;int speed_control_0=0,speed_control_1=0;int set_speed=0;int AllWhite=0;/#define LASTN 5int lastnum=0;int lastposLASTN;int SteerValue=0; /記錄舵機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的數(shù)值-1111；int LatestBlack=5;int curpos;int FrontAD12

51、; int tmpRecordFront12;int IsBlackF12;int range_max_value12;int range_min_value12;int Threshold12;int STEER_VALUE23;int NumBlackF=0;int NumF;int Flag=0;int StartFlag=0;int ThreshFlag=0;int ResetFlag =0;int a312; /中值呂濾波暫存數(shù)組#define RoadNum 10int RoadStateRoadNum12;unsigned char waste=0;int brake_cnt=0

52、;int speed_ctrl=0;int spflag=0; /0:直道,1:little right,2:big right,-1:little left,-2:big leftint spcnt=0;/判斷路況變量int BigSLeft=0,BigSRight=0,SmallSLeft=0,SmallSRight=0,ShortLine=0;unsigned char StartLine=0;/PIT初始化/void modulo_init(void) PITCFLMT_PITE=0; /關(guān)PIT PITINTE=0 x01; /開(kāi)中斷0 PITMTLD0=0 x0f; /預(yù)分頻系數(shù)1

53、6 計(jì)數(shù)時(shí)鐘(BusCLK/16)M PITLD0=10000; /2.124ms AD周期約為0.2ms/ PITFLT=0 x01; /load the corresponding 16-bit timer load register into the 16-bit timer down-counter PITCFLMT=0 x81; / PITCE=0 x01; /使能通道0/*路況判斷函數(shù),決策變量RoadState數(shù)組/*返回判斷結(jié)果起始線(xiàn)void RoadStateJudge(void) char x,y,xflag2=0,0; int m=0,n=0,i,mflag=0,nfla

54、g=-1; int temp12; for(i=9;i6;i-) y=0; x=0; m=0; n=0; mflag=0; nflag=-1; for(x=0,y=0;x0) y+; if(y=4) /連續(xù)4個(gè)黑點(diǎn)pass return; m=1; if(mflag0 | nflag0) nflag+; if(nflag0) mflag = -20; if(nflag=3) return; else nflag=0; y=0; if(m) mflag+; n+; m=0; if(n=4) /有四個(gè)變化pass return; else if(n=3 & RoadStatei110) retur

55、n; for(x=0;x6;y-) /最大RoadNum for(x=0;x12;x+) tempx+=RoadStateyx; y=0; x=0; for(x=0;x=2 | temp11-x=2)y+; if(y=3) x=0; y=0; while(x=3&tempx(tempx+1+1) xflagy=x; y+; x+=3; if(y=2) break; else x+; if(y=2 & xflag1-xflag0=3) PORTB_PB3 = 0; /檢測(cè)到起始線(xiàn) StartFlag = 2; /void Speed_Control(void) if(ShortLine150)

56、if(spflag!=0) spflag = 0; spcnt = speed_ctrl; set_speed=high_speed; else if(BigSLeft2) if(get_speed=low_speed+20) set_speed=0; else if(get_speed=LOWEST_SPEED & spflag=0 & speed_ctrl-spcnt250) set_speed=0; else set_speed=low_speed; spflag = -2; spcnt = speed_ctrl; else if(BigSRight2) if(get_speed=low

57、_speed+20) set_speed=0; else if(get_speed=LOWEST_SPEED & spflag=0 & speed_ctrl-spcnt250) set_speed=0; else set_speed=low_speed; spflag = 2; spcnt = speed_ctrl; else if(SmallSLeft100) if(spflag=1 & speed_ctrl-spcnt500) set_speed=mid_speed; else set_speed=mid_speed; spflag = -1; spcnt = speed_ctrl; el

58、se if(SmallSRight100) if(spflag=-1 & speed_ctrl-spcnt500) set_speed=mid_speed; else set_speed=mid_speed; spflag = 1; spcnt = speed_ctrl; motorspeed(set_speed);void init_speed(int high, int mid, int low) high_speed = high; mid_speed = mid; low_speed = low; BigSLeft=0; BigSRight=0; SmallSLeft=0; Small

59、SRight=0; ShortLine=0;/主程序/ void normal(void) FindPosFront(); Steer_Control(curpos); /控制舵機(jī) if(speed_ctrl%5=0) /電機(jī)控制，5個(gè)中斷周期 Speed_Control(); void delay1ms(int time) /time=1為2ms while(time-) int tmpp_dela=10000; while(tmpp_dela-); /中斷服務(wù)程序/#pragma CODE_SEG NON_BANKED void interrupt ModuloOverflow(void)

60、 DisableInterrupts; PITTF_PTF0=1; if(waste20000) /中斷周期計(jì)數(shù)、提供時(shí)間等參數(shù) speed_ctrl = 0; else speed_ctrl+; /開(kāi)關(guān)1 中速 /開(kāi)關(guān)2 高速 /開(kāi)關(guān)3 低速 /開(kāi)關(guān)4 超高速 /開(kāi)關(guān)5 起始線(xiàn)檢測(cè) /開(kāi)關(guān)6 采閾值 if(PORTA_PA2=0 & ThreshFlag=0) /開(kāi)始采閾值 Get_range_value(); Get_Threshold(); PORTB_PB0=0; /點(diǎn)亮PB0,如果單片機(jī)復(fù)位，PB0燈會(huì)熄滅 StartFlag = -1; ThreshFlag = 0; if(Sta