飛思卡爾智能車競賽光電平衡組——技術(shù)報(bào)告

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1、第八屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第八屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽關(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)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、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：帶隊(duì)教師簽名：日期：摘要本文以第八屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車比賽為背景，在“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”的指導(dǎo)思想下，自主設(shè)計(jì)并制作出基于電磁引

2、導(dǎo)的智能車系統(tǒng)，而且在此基礎(chǔ)上研究了一套切實(shí)可行的路徑取優(yōu)方案。并且其超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力有望在未來得以大范圍的應(yīng)用。本系統(tǒng)主要由MC9S12XS128控制核心、電源管理單元、路徑識(shí)別電路、車速檢測模塊、舵機(jī)控制單元和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元組成，以飛思卡爾公司的16位單片機(jī)S12為控制核心，路徑識(shí)別和車速的檢測相結(jié)合，通過對不同方位的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析來控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使智能車系統(tǒng)達(dá)到所需的穩(wěn)定性及快速性要求。本文詳細(xì)的介紹了智能汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和理論分析以及模型車的控制算法設(shè)計(jì)。本智能車采用了適合智能精確

3、控制的PID算法，首先對系統(tǒng)的模型進(jìn)行了分析，從而選擇合適的算法，其次，根據(jù)不同方位傳感器特性而設(shè)計(jì)出的傳感器模塊進(jìn)行了簡要說明，然后介紹了所使用的數(shù)據(jù)擬合和路徑取優(yōu)的算法。關(guān)鍵詞：智能汽車，PID控制，傳感器，直流電機(jī)，路徑取優(yōu)目錄摘要I目錄II第一章引言11.1比賽背景介紹11.2本文章節(jié)安排及文獻(xiàn)綜述2第二章方案選擇12.1系統(tǒng)組成模型及控制算法12.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模型12.1.2模糊PID控制器設(shè)計(jì)22.2測量模塊方案選擇32.2.1路徑檢測模塊32.2.2速度檢測模塊32.2.3起跑線檢測模塊32.3控制模塊方案選擇42.3.1

4、路徑控制模塊42.3.2速度控制模塊72.4執(zhí)行模塊方案選擇72.4.1路徑執(zhí)行模塊72.4.2方向執(zhí)行模塊72.4.3速度執(zhí)行模塊72.5本章小結(jié)8第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1智能車參數(shù)要求93.2車模組裝與改造93.2.1車模組裝93.2.2前輪定位的調(diào)整93.2.3差速的調(diào)整103.2.4舵機(jī)力臂的調(diào)整103.3電感線圈的安裝113.4光電編碼器的安裝123.5電路板的固定與安裝123.6車模技術(shù)參數(shù)13第四章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)144.1電源模塊144.1.1電源保護(hù)154.1.2降壓穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)一15III4.1.3降壓穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)二

5、164.1.4電源模塊小結(jié)164.2路徑識(shí)別模塊174.3電機(jī)模塊184.4舵機(jī)模塊194.5測速傳感器模塊19第五章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)205.1系統(tǒng)初始化205.2路徑識(shí)別算法分析及選定205.3基于電感線圈排布理論分析215.4電感線圈傳感器接收防干擾算法245.4.1結(jié)構(gòu)化賽道導(dǎo)線之間干擾的消減:245.4.2電感線圈傳感器之間的干擾的消減245.4.3車子上工作的PWM信號和電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的磁場對電感線圈干擾的消減245.5舵機(jī)控制算法255.5.1車體與舵機(jī)轉(zhuǎn)角方向測定255.5.2舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度分配265.5.3舵機(jī)PID整定26

6、5.6電機(jī)PID速度控制算法265.6.1測試開環(huán)與閉環(huán)控制響應(yīng)曲線275.6.2測試開環(huán)控制下PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系285.6.3bang_bang控制295.6.4PID控制315.6.5PID參數(shù)整定325.6.6速度分配32第六章開發(fā)與調(diào)試346.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹346.2智能車整體調(diào)試356.2.1舵機(jī)調(diào)試356.2.2電機(jī)調(diào)試356.2.3整體調(diào)試36第七章結(jié)論37參考文獻(xiàn)I附錄A：控制程序II附錄B：電路板詳細(xì)原理圖VIIIII第二章方案選擇第一章引言1.1比賽背景介紹為加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，促

7、進(jìn)高等教育教學(xué)改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201號文)，由教育部高等自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)（以下簡稱自動(dòng)化分教指委）主辦全國大學(xué)生智能汽車競賽。該競賽以智能汽車為研究對象的創(chuàng)意性科技競賽，是面向全國大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng)，是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競賽之一。該競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才

8、的脫穎而出創(chuàng)造條件。該競賽由競賽秘書處為各參賽隊(duì)提供/購置規(guī)定范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)硬軟件技術(shù)平臺(tái)，競賽過程包括理論設(shè)計(jì)、實(shí)際制作、整車調(diào)試、現(xiàn)場比賽等環(huán)節(jié)，要求學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，協(xié)同工作，初