第五届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：国防科学技术大学
队伍名称：电磁铁军一师
参赛队员：刘树强
谭一舟
王杰
带队教师：史美萍
安向京
费晓曦
全国大学生智能汽车竞赛技术报告
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第五届“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：
第一章引言
目录
摘要 ............................................................................................................................................... I I 第一章引言 (1)
1.1 概述 (1)
1.2电磁车体系结构 (1)
1.3论文结构安排 (3)
第二章系统硬件设计 (4)
2.1电磁场检测方法分析 (4)
2.1.1电磁场数学建模 (4)
2.1.2电磁场检测方法 (6)
2.2传感器模块设计 (9)
2.2.1传感器信号处理 (9)
2.2.2传感器布局设计 (10)
2.3起始线检测模块设计 (12)
2.4车模其它部分设计 (13)
2.4.1速度传感器 (13)
2.4.2控制部分 (14)
2.4.3执行机构 (14)
2.5.4人机接口 (15)
2.5.5电源部分 (16)
第三章系统软件设计 (17)
3.1 MC9S12XS128片内资源简介 (17)
3.2 所用模块简介 (18)
3.2.1 时钟模块 (18)
3.2.2 PWM 模块 (18)
3.2.3 串口模块 (19)
3.3赛道提取与赛车控制 (20)
3.3.1赛道提取算法设计 (20)
3.3.2跟踪控制程序 (21)
3.4调试环境设计 (22)
第四章赛车主要技术参数 (23)
结论 (24)
参考文献 .......................................................................................................................................... I 附录 ............................................................................................................................................. I I 附录A 整车效果图............................................................................................ I I 附录B：智能车源程序..................................................................................... I II
全国大学生智能汽车竞赛技术报告
摘要
我队将于今年八月参加第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。针对比赛的具体情况，我们建立了赛车、赛道和自主控制系统的基本模型，给出了理论分析、仿真计算、在线调试的基本开发方法。在比较各种算法的性能特点后，我们确定最终方案，并完成了智能车的制作与调试。
智能车开发过程中，通过比较各种方案，最终我们决定采用电磁感应线圈作为道路传感器。最终方案的思路是：通过对道路传感器所采集的数据进行处理分析，辅助以车模后轮码盘所采集的数据，来判断小车的方位、姿态、速度等，进而控制小车前轮舵机的摆角和后轮驱动电机的速度，使小车在最短的时间内完成比赛。
我们使用比赛指定的唯一控制器 MC9S12DG128B 作为系统的控制核心，用它来进行信号采样、数据传输等动作，并产生 PWM 波控制舵机和电机。
关键词：智能汽车；电磁检测；MC9S12XS128
第一章引言
1.1 概述
“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的科技竞赛。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。该竞赛主要由飞思卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办，从2006年开始，每年举办一届，目前已成功举办了四届。第三届、第四届连续两届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之一。
比赛按照车模识别路线方案分成摄像头组、光电组和电磁组。通过采集道路图像信息进行路径检测的车模属于摄像头组；通过采集道路少数离散点反射亮度进行路径检测的车模属于光电组；通过感应由道路中心电线产生的交变磁场进行路径检测的车模属于电磁组[1]。其中摄像头组和光电组是历届常规项目，电磁组是第五届新设立的比赛项目。
从智能汽车竞赛第一届开始，我校就十分关注并积极参与进来。经过多年参赛实践，积累了大量知识和经验，在硬件设计、控制算法、调试手段等各方面都打下了坚实基础，同时也存在许多需要改进的方面，特别是控制算法的优化和调试手段的改进。
本技术报告将针对我们的传感器信号处理设计、安装、底盘参数选择、电路设计、控制算法等方面进行阐述，并列出了模型车的主要技术参数。
1.2电磁车体系结构
按照比赛规则要求，赛车通过检测载流导线周围的电磁场信号来控制车模沿着载流导线前进。在赛道的起跑线处装有永磁铁，标志起跑线的位
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置，赛车在行驶一圈后需在起跑线处停车。
图1-1 电磁车体系结构图
为实现上述要求，设计电磁车体系结构如图1-3。根据功能不同，电磁车体系结构大致包括传感器、控制、执行机构、人机接口和电源五大部分。
1.传感器部分
负责感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信息，为小车完成赛道的检测与跟踪以及实现小车的运动控制提供所需的信息。传感器部分包括电磁传感器、起始线检测传感器和速度传感器三个子模块。
2.控制部分
分析传感器数据，提取赛道信息，运行控制算法，向执行机构发出动作信号，控制赛车沿赛道行驶。控制部分主体是单片机MC9S12XS128。
3.执行机构
负责执行动作信号，实现车的前进、变速和转向。执行机构包括电机驱动、电机和舵机。
第一章引言
4.人机接口
实现模式和参数选择、状态指示、实时监控以及数据存储等人机交互功能，包括拨码开关、LED、蜂鸣器、无线等模块。
5.电源部分
负责向各部分提供合适的电源，包括电池和稳压模块
1.3论文结构安排
本文共分六章，第一章是前言，介绍课题背景和基本内容，概述电磁车体系结构框架，及研究中的关键技术；第二章是系统硬件设计，详细介绍电磁场检测方法、传感器模块设计、整车电路构建；第三章是系统软件设计，详细介绍赛道提取算法和跟踪控制算法；第四章是赛车主要技术参数，包括赛道电源设计和调试模块设计；第五章对课题研究的结果进行总结，提出进一步提高电磁车性能的改进方案。
第二章 系统硬件设计
要实现电磁车的功能，必须首先构建硬件平台。按照电磁车体系结构，需要设计的硬件模块包括传感器、控制、执行机构、人机接口和电源等部分。
2.1 电磁场检测方法分析
电磁车要检测的赛道环境是由通有 20kHz 、100mA 交变电流的导线所产生的电磁场。电磁场检测是课题要解决的第一个关键技术，需要首先对电磁场进行数学建模，然后根据建模结果选择合适的电磁传感器。
2.1.1 电磁场数学建模
根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。赛道中用于路径导引的交流电流频率为20kHz ，产生的电磁波属于甚低频（VLF ）电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁波中间，为3kHz ～30kHz ，波长为100km ～10km[2,3]。
导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这是电磁车提取赛道信息的基本方法。但交变磁场建模复杂，直接分析交变的电磁场难度较大。
由于赛道导引电线和小车尺寸都远远小于电磁波的波长，电磁场辐射能量很小（如果天线的长度远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小[2]。为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，然后将结果应用到交变的条件下，从而进行位置检测。
由毕奥-萨法尔定理可知，空间任一点的磁感应强度可以看成是导线
上电流元l Id
产生的磁场之和[2,4,5]，即：
第二章 系统硬件设计
???==304a a l Id B d B πμ 公式（2-1)
其中μ0=4π×10-7N/A2，a 是电流元到空间点的矢量。
上述积分只有在一些特定的曲线下才可以求得解析解，对于一般的曲线，可以通过数值积分求得数值解，若要考察整个空间的磁场分布，只能借助于一些专业的电磁场分析软件进行全空间的数值仿真，比如 Ansoft Maxwell ，CST EM Studio 等。显然这对于电磁场的分析来说，无疑是加大了建模难度。
从比赛所用赛道的构成来看，赛道一般可以分成直道、转弯、S 道、回环道、交叉道等形式，其中直道是最简单的，因此，分析清楚直道情况下的电磁场分布是基础。
综上两方面，问题可以简化为：通有稳恒电流I 长度为L 的直导线，与导线距离为r 处的P 点，其磁感应强度为：
?=21sin 40θθθθπμd r I B 公式(2-2)
图2-1 直导线稳恒电流的磁场[2]
由此得
)cos (cos 4210θθπμ-=r I B 公式(2-3)
对于无限长直导线来说，θ1=0，θ2=π，则有
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r I
B πμ20= 公式(2-4)
图2-2 直导线稳恒电流磁场示意图
如图2-2所示，感应磁场的分布是以导线为轴的一系列的同心圆。圆上的磁场强度大小相同，并随着距离导线的半径r 增加成反比下降。
如果分析离地面高度为h 的水平面上的磁场强度分布，对于长直导线，其分布是相对于导线所在铅垂面对称的；而对于弧形导线，即赛道的弯道处，弧线内侧磁力线密度较大，其磁场强度较强，外侧则相对较弱。但由于赛道转弯半径较大（最小50cm ），因而磁场强度的差别并不十分明显。
2.1.2 电磁场检测方法
现在我们有很多测量磁场的方法，磁场传感器利用了物质与磁场之间的各种物理效应：磁电效应（电磁感应、霍尔效应、磁致电阻效应）、磁机械效应、磁光效应、核磁共振、超导体与电子自旋量子力学效应。下面列出了一些测量原理以及相应的传感器[2]：
（1） 电磁感应磁场测量方法：电磁感应线圈，磁通门磁场传感器，磁
敏电阻。
（2） 磁机械效应磁场检测方法：指南针，干簧管。
第二章系统硬件设计
（3）霍尔效应磁场测量方法：霍尔传感器、磁敏二极管，磁敏三极管。
（4）各向异性电阻效应（AMR）磁场测量方法。
（5）载流子自旋相互作用磁场测量方法：巨磁效应磁敏电阻（GMR）、自旋阀三极管磁场传感器、隧道磁致电阻效应磁敏电阻。
（6）超导量子干涉（SQUID）磁场测量方法：SQUID 薄膜磁敏元件。
（7）光泵磁场测量方法：光泵磁场传感器。
（8）质子磁进动磁场测量方法。
（9）光导纤维磁场测量方法。
以上各种磁场测量方法所依据的原理各不相同，其灵敏度和检测范围相差很大，响应频率、尺寸、价格、功耗以及实现的难易程度等也是要考虑的重要内容。现在市场上比较容易购买到的可选传感器有电磁感应线圈、磁敏电阻、霍尔传感器、磁敏二极管、磁敏三极管、GMR巨磁磁阻等等。我们需要选择适合电磁车的检测方法，首先要考虑灵敏度、检测范围和响应频率。
在公式(2-4)中，取I=0.1A，r=0.1m，则B=2×10-7T=2×10-11Gs。也就是说，在赛道导引线附近的磁场强度是10-11Gs的数量级。从检测范围来看，磁敏电阻在10-7Gs的数量级，霍尔传感器在10~103Gs的数量级，磁敏二极管和磁敏三极管都在103Gs的数量级，GMR巨磁磁阻在10-6Gs
的数量级，这些电磁传感器都不能达到检测要求。电磁感应线圈相当于天线，其检测范围与线圈形状、匝数、磁芯等密切相关，不同的感应线圈检测范围差异很大，常用的工字线圈检测范围可以达到10-11Gs的数量级。可见电磁感应线圈是最佳选择，同时它还具有原理简单、价格便宜、体积相对较小、频率响应快等优点。
图2-3 10mH镍锌工字线圈
实际选用电感值为10mH、磁芯为镍锌材料的工字线圈作为电磁传感器，其Q值较高，具有开放的磁芯，输出信号幅值大。
赛道导引线中通有20kHz100mA交变电流，其形成的电磁场信号与电流具有一致性，即磁场强度以畸变的方波形式交变变化，如图2-4(a)。如果电磁传感器使用普通空心线圈，其感应电压信号是磁场交变瞬间的正负
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脉冲，如图2-4(b)；如果使用镍锌工字线圈，由于磁芯的磁滞现象，其感应电压信号经选频后接近于正弦信号，如图2-4(c)。
(a)
(b)
(c)
图2-4 磁场信号及感应信号示意图[6]
根据法拉第电磁感应定律，线圈磁场传感器的内部感应电压E 与磁场B(t)、电磁线圈的匝数N 、截面积A 的关系有[2,7]：
dt t d dt t dB NA E )()()()(0Φ-=?=μμ 公式(2-5)
感应电动势的方向可以用楞次定律来确定。
由于导线中电流频率较低，感应线圈截面较小，因而可以认为感应线圈范围内磁场均匀分布，则线圈中感应电动势可近似为：
dt dI r k dt t d E =Φ-=)( 公式(2-6)
即感应电动势与电流变化率成正比，与线圈到导线距离成反比。式中k 是与线圈截面积、匝数、磁芯磁导率及线圈摆放方式等相关的常量；对于同一条赛道，dI/dt 是固定不变的，取K=kdI/dt ，则有：
r K E 1
= 公式(2-7)
第二章 系统硬件设计
即感应电动势E 只与线圈到导线距离有关。
2.2 传感器模块设计
2.2.1 传感器信号处理
感应线圈所得到的初级信号不能直接由单片机读取，主要原因有以下几点：
（1） 含有20kHz 的大量谐波；
（2） 幅值相对较小，经AD 转换后差异不明显；
（3） 交流信号不能直接接入AD ；
（4） 变化的信号不利于检测。
针对上述问题，对信号进行选频、放大和检波处理，可以获得稳定的、随距离r 变化的电压信号，如图2-5所示。经处理后的信号其电压值US 、线圈初级信号幅值E 以及线圈与导线的距离r 有如下关系：
r M r mK mE U S 11=== 公式(2-8)
式中m 是与电路有关的量，M=mK 。可见处理后的信号幅值可以反映感应线圈与导线的距离，这样就获得了单片机可以读取的信号。
（a ）单管共射交流放大电路
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（b ）倍压检波电路
图2-5 传感器电路
2.2.2 传感器布局设计
公式(2-4)中B 是距离导引线r 处的磁场强度，它是一个矢量场，而感应线圈只能检测其在线圈轴线方向上的分量。
图2-6 磁场分量示意图
立放的线圈可以测得B 的垂直分量BV ，卧放的线圈可以测得B 的水平分量BH ，则对于矢量计算有：
H V B B B += 公式(2-9)
第二章 系统硬件设计
由于传感器有放置高度h ，因而实际需要检测的是线圈与导线的水平距离d 。则可得BV 、BH 与d 的关系[8]：
2202cos h d d
I B B V +==πμθ 公式(2-10)
2202sin h d h
I B B H +==πμθ 公式(2-11)
图2-7 BV-d 图2-8 BH-d 如图2-7所示，BV 在d=0的两侧都非单调，因而不能用立放线圈检测d ；如图2-8所示，BH 在d=0两侧分别单调，因而可以用卧放线圈检测d 。
由公式(2-5)和公式(2-8)可知，在对静态磁场BH 有：
22h d h
N mnB mE U H s +=== 公式(2-12)
也就是说，在I 和h 一定时，经信号处理后的输出电压Us 与BH 对d 具有相同形式的曲线，如图2-8所示。
设计传感器模块布局为4个横向卧放感应线圈一字均匀排开，每两个线圈的差可以得到一个赛道中心位置，两者取平均，得到的位置会相对精确。
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图2-9 传感器模块布局示意图
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2.3 起始线检测模块设计
按照比赛规则要求，跑完一圈后赛车需要自动停止在起始线之后三米之内的赛道内。如图2-10所示，起始线是导引线两边的长度10cm 的黑色线，起始线中间安装有永久磁铁，每一边各三只。磁铁参数：直径7.5-15mm ，高度1-3mm ，表面磁场强度3000-5000Gs[1]。
图2-10 赛道起始线示意图
针对上述要求，利用干簧管设计起始线检测电路如图2-11。干簧管是磁机械效应的磁场传感器，其内部是一个常开触点开关，在磁场强度超过其阈值时，开关闭合。图中四个干簧管并联为“线或”关系，任何一个干簧管检测到磁铁，START_CHEQ 端都会输出正脉冲，引发中断程序使赛车停车。
×3
图2-11 起始线检测电路
第二章系统硬件设计
2.4车模其它部分设计
除电磁传感器模块以外，电磁车还包括速度传感器模块和控制、执行机构、人机接口、电源等部分，本节一一介绍。
2.4.1速度传感器
为了使得智能车能够平稳地沿赛道导引线运行，除了控制前轮转向舵以外，还需要比较精确地控制车速，使智能车在急转弯时不会由于速度过快而冲出跑道。根据自动控制原理可以知道闭环的系统一般比较稳定，通过一定的方法实时测量智能车的速度，从而形成闭环控制，使得智能车更加准确的运行。一般可以采用以下几种测速方法：
方案一：霍尔传感器测速。在后轮的轴附近安装一个霍尔传感器，相对应的再在轴上安装多个小型永磁铁，根据霍尔传感器特点，用一个上拉电阻将其接至5V，随着后轮的转动就会形成多个脉冲信号。根据单位时间内的脉冲数量据可以测得当前车速。
方案二：反射式光电管测速。在后轮的轴上安装一个黑白相间的光码盘，然后通过一侧安装的反射式光电管读取光码盘转动的脉冲。
方案三：投射式光电管测速。采用具有齿槽结构的圆盘固定的后轴上，采用直射式红外光传感器读取齿槽圆盘的转动脉冲。
方案三：光电编码器测速。光电编码器可以分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。增量式光电编码器可以输出正比于转速的脉冲，记录单位时间内的脉冲数就可以间接测取实时速度。
鉴于光电编码器安装简单，输出信号比较规整，所以我们采用方案三。
速度传感器用于感知车模本身的行驶速度，是速度闭环控制的一个必须环节（参见3.2）。电磁车使用欧姆龙E6A2-CWZ3光电编码器作为速度传感器，安装在车尾与传动齿轮啮合，使用与电机相同齿数的齿轮，相当于直接测得电机的转速。欧姆龙E6A2-CWZ3光电编码器测量精度为100P/R，有AB两相输出，相位差90°±45°，信号波形为方波。
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图2-12 光栅编码器
2.4.2控制部分
控制模块主体是单片机MC9S12XS128最小系统，主要包括时钟、旁路电容、电源接口、烧录和调试接口、I/O接口等
图2-13单片机最小系统
2.4.3执行机构
执行机构主要包括电机驱动、电机和舵机。舵机和电机是车模原装配件，其中舵机使用S3010，不需要驱动，直接由单片机输出的PWM信号控制；电机驱动使用H全桥电路，见图2-14。
第二章系统硬件设计
图2-14 H全桥电路原理图
2.5.4人机接口
人机接口主要用于单片机与调试者之间的交互，8位LED可以显示简单的工作状态，蜂鸣器可以用于告警和指示，4位拨码开关可以用于简单的模式设置，无线模块用于少量数据的收发。
(a)8位LED(b)蜂鸣器(c)拨码开关
(d)无线模块
图2-15人机交互设备
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2.5.5电源部分
电磁车各不同部分需要不同电压的电源，因此需要对每一部分做单独的稳压处理[9]。电磁车的电源部分设计如图2-16所示。
图2-16 电源分配图
2016
目录
第十一届竞赛规则导读 参加过往届比赛的队员可以通过下面内容了解第十一届规则主要变化。如果第一次参加比赛，则建议对于本文进行全文阅读。 相对于前几届比赛规则，本届的规则主要变化包括有以下内容： 1.本届比赛新增了比赛组别，详细请参见正文中的图1和第四章的“比赛任务” 中的描述； 2.第十届电磁双车组对应今年的A1组：双车追逐组。其它组别与新组别的对应 关系请参见图2； 3.为了提高车模出界判罚的客观性，规则提出了两种方法：路肩法和感应铁丝 法，详细请见赛道边界判定”； 4.改变了原有的光电计时系统，所有赛题组均采用磁感应方法计时，详细请参 见“计时裁判系统”； 5.取消了第十届的发车灯塔控制的方式； 6.赛道元素进行了简化，详细请参见“赛道元素”； 7.赛道材质仍然为PVC耐磨塑胶地板，但赛题组A2不再需要赛道。 8.对于车模所使用的飞思卡尔公司MCU的种类、数量不再限制。 9.比赛时，每支参赛队伍的赛前准备时间仍然为20分钟，没有现场修车环节。
一、前言 智能车竞赛是从2006开始，由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。至今已经成功举办了十届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展。 为了实现竞赛的“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，竞赛内容设置需要能够面向大学本科阶段的学生和教学内容，同时又能够兼顾当今时代科技发展的新趋势。 第十一届比赛的题目在沿用原来根据车模识别赛道传感器种类进行划分的基础类组别之上，同时增加了以竞赛内容进行划分的提高类组别，并按照“分赛区普及，全国总决赛提高”的方式，将其中一个类别拓展出创意类组别。第十一届比赛的题目各组别分别如下： ●基础类包括B1光电组、B2摄像头组、B3电磁直立组、B4电轨组； ●提高类包括A1双车追逐组、A2信标越野组； ●创意类包括I1 电轨节能组。 图 1 不同组别，不同挑战度 每个组别在选用的车模、赛道识别方法、完成任务等方面存在差别，对于参赛选手不同学科知识和能力要求也不同，制作的挑战度也有较大的区别。相比较而言，
每年都会有很多新人怀着满腔热情来做智能车，但其中的很多人很快就被耗光了热情和耐心而放弃。很多新人都不知道如何入手，总有些有劲无处使的感觉，觉得自己什么都不会，却又不知道该干什么。新人中存在的主要问题我总结了以下几点： l缺乏自信，有畏难情绪 作为新人，一切都是新的。没有设计过电路，没有接触过单片机，几乎什么都不会。有些新人听了两次课，看了两篇技术报告，就发现无数不懂不会的东西，于是热情在消退，信心在减弱。这些都是放弃的前兆。殊不知，高手都是从新人过来的，没有谁天生什么都会做。一件事件，如果还没开始做，就自己否定自己，认为自己做不到，那么肯定是做不到的。 l习惯了被动接收知识，丧失了主动学习的能力。 现在的学生大多从小习惯了被灌输知识，只学老师教的，只学老师考的。殊不知一旦走向社会，将不再有老师来教，不再有应付不完的考试。做智能车和传统的教学不同，学生将从被动学习的地位转变为主动学习。就算有指导老师，有指导的学长，但也都处于被动地位，往往都不会主动来教。有的学生一开始就没有转变思想，还希望就像实验课一样，老师安排好步骤1，2，3……，然后自己按照老师安排好的步骤按部就班的完成。这样的学生，往往都丧失了提出问题和分析问题的能力，只是一个应付考试的机器。要知道，解决问题的第一步是提出问题，如果总等着别人来教，那么问题永远会挡在你面前。 l缺乏团队精神和合作意识 智能车比赛是以团队的形式参赛，只依靠个人能力单兵作战就能取得好成绩的是很少很少的。当今社会，任何人的成功都离不开身后的团队的支撑。智能车是一个很复杂的系统，电路、机械、传感器、单片机、底层驱动、控制算法……。如果所有的任务都是一个人去完成，固然锻炼了自己，但想做的很好却很不现实。很多新人，来到实验室，来到一个陌生的环境和团队，连向学长请教，和同学交流的勇气都没有，又如何融入团队呢。除了要主动融入团队，还要培养自己的团队意识。团队精神往往表现为一种责任感，如果团队遇到问题，每个人都只顾自己，出了错误，不想着解决问题，而是互相推诿埋怨。这样的团队，肯定是无法取得好成绩的。 l缺乏耐心和细心的精神 其实把一件事做好很简单，细心加上耐心。不细心就想不到，没有耐心，即使想到了也做不到。做事怕麻烦，将就，说白了就是惰性在作祟。明明可以把支架做的更轻更漂亮，明明可以把程序写的更简洁，明明可以把电路设计得更完善……。其实，每个人都有很大潜力，如果不逼自己一次，你永远不知道自己的潜力有多
1.1. 系统分析 智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车，最后成绩取决于单圈最快时间。因此智能车主要由三大系统组成：检测系统，控制系统，执行系统。其中检测系统用于检测道路信息及小车的运行状况。控制系统采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12XS128作为主控芯片，根据检测系统反馈的信息新局决定各控制量——速度与转角,执行系统根据单片机的命令控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程如图1.1，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由执行系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。 图2.1 1.2. 系统设计 参赛小车将电感采集到的电压信号,经滤波,整流后输入到XS128单片机，用光电编码器获得实时车速，反馈到单片机，实现完全闭环控制。速度电机采用模糊控制，舵机采用PD控制，具体的参数由多次调试中获得。考滤到小车设计的综合性很强，涵盖了控制、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科领域，因此我们采用了模块化设计方法，小车的系统框图如图2.2。
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 图2.2 1.3. 整车外观 图2.3
1.4. 赛车的基本参数 智能车竞赛所使用的车模是东莞市博思公司生产的G768型车模，由大赛组委会统一提供，是一款带有摩擦式差速器后轮驱动的电动模型车。车模外观如图3.1。车模基本参数如表3.1。 图3.1 表3.1车模基本参数 1.5. 赛车前轮定位参数的选定
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。模型车的前轮定位参数都允许作适当调整，故此我们将自身专业课所学的理论知识与实际调车中的赛车状况相结合，最终得出赛车匹配后的前轮参数[6]。 1.5.1. 主销后倾角 主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角γ，如图3-2。模型车的主销后倾角可以设置为0、 2°?3°、 4°?6°，可以通过改变上横臂轴上的黄色垫片来调整，一共有四个垫片，前二后二时为0°，前一后三为2°?3°，四个全装后面时为4°?6°。 由于主销后倾角过大时会引起转向沉重，又因为比赛所用舵机特性偏软，所以不宜采用大的主销后倾角，以接近0°为好，即垫片宜安装采用前二后二的方式，以便增加其转向的灵活性。如图3.3。 图3.2 图3.3 1.5. 2. 主销内倾角 主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角β，如图3.4,它的作用也是使前轮自动回正。对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于前轴与主销近似垂直的关系，故主销内倾角
智能车的制作中,看经验来说,舵机的控制是个关键.相比驱动电机的调速,舵机的控制对于智能车的整体速度来说要重要的多. PID算法是个经典的算法,一定要将舵机的PID调好,这样来说即使不进行驱动电机的调速(匀速),也能跑出一个很好的成绩. 机械方面: 从我们的测试上来看,舵机的力矩比较大,完全足以驱动前轮的转向.因此舵机的相应速度就成了关键.怎么增加舵机的响应速度呢?更改舵机的电路?不行,组委会不允许.一个非常有效的办法是更改舵机连接件的长度.我们来看看示意图: 从上图我们能看到,当舵机转动时,左右轮子就发生偏转.很明显,连接件长度增加,就会使舵机转动更小的转角而达到同样的效果.舵机的特点是转动一定的角度需要一定的时间.不如说(只是比喻,没有数据),舵机转动10度需要2ms,那么要使轮子转动同样的角度,增长连接件后就只需要转动5度,那么时间是1ms,就能反应更快了.据经验,这个舵机的连接件还有必要修改.大约增长0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了两个舵机分别控制两个轮子.想法很好.但今年不允许使用了.
接下来就是软件上面的问题了. 这里的软件问题不单单是软件上的问题,因为我们要牵涉到传感器的布局问题.其实,没有人说自己的传感器布局是最好的,但是肯定有最适合你的算法的.比如说,常规的传感器布局是如下图: 这里好像说到了传感器,我们只是略微的一提.上图只是个示意图,意思就是在中心的地方传感器比较的密集,在两边的地方传感器比较的稀疏.这样做是有好处的,大家看车辆在行驶到转弯处的情况: 相信看到这里，大家应该是一目了然了，在转弯的时候，车是偏离跑道的，所以两边比较稀疏还是比较科学的，关于这个，我们将在传感器中在仔细讨论。 在说到接下来的舵机的控制问题，方法比较的多，有人是根据传感器的状态,运用查表法差出舵机应该的转角,这个做法简单,而且具有较好的滤波"效果",能够将错误的传感器状态滤掉;还有人根据计算出来的传感器的中心点(比
3.1.6驱动电机介绍 驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点: (1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。 (2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。 (3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。 (4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击的 影响。 (5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时间运行于 停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连续堵转电流。 图3.1为该伺服电机的结构图。图3.2是此伺服电机的性能曲线。 图3.1 伺服电机的结构图
图3.2 伺服电机的性能曲线 3.1.7 舵机介绍 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图3.3所示。图3.4为舵机的控制线。
第六届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 比赛规则与赛场纪律 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术报告、制作工程质量评分为辅来决定。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）进行进行路经检测的属于摄像头组；车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。 竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分赛区预赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求公正与公平。 一、器材限制规定 1. 须采用统一指定的车模。本届比赛指定采用三种车模，分别用于三个 赛题组： 编 号车模外观和规格 赛 题 组 供 应 厂 商 A 型车模 光 电 组 东 莞 市 博 思 电 子 数 码 科 技 有 限 公 司
车模：G768 电机：RS380-ST/3545， 舵机：FUTABA3010 B 型 车 模 车模型号 电机：540，伺服器：S-A6 电 磁 组 北 京 科 宇 通 博 科 技 有 限 公 司 C 型 车 模 车模型号：N286 电机：RN260-CN 38-18130 伺服器：FUTABA3010 摄 像 头 组 东 莞 市 博 思 电 子 数 码 科 技 有 限 公 司 细节及改动限制见附件一。
飞思卡尔智能车比赛项目 参赛时间：2011.7.16 — 2011.7.20 赛前准备时间：2010.7 ---2011.7 飞思卡尔智能车比赛简介： 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30个省市自治区近300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）。 全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。 全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。 飞思卡尔智能车比赛技术要求：
飞思卡尔智能车设计报告
目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.系统整体功能模块 (3) 4.电源模块设计 (4) 5.驱动电路设计 (4) 6.干簧管设计 (5) 7.传感器模块设计 (6) 8.传感器布局 (6) 9.软件设计 (7) 9.1控制算法 (7) 9.2软件系统实现（流程图） (10) 10.总结 (11) 11.参考文献 (12)
1.摘要 “飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项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。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。 本文介绍了飞思卡尔电磁组智能车系统。本智能车系统是以飞思卡尔32 位单片机K60为核心，用电感检测赛道导线激发的电磁信号， AD 采样获得当前传感器在赛道上的位置信息，通过控制舵机来改变车的转向，用增量式PID进行电机控制，用编码器来检测小车的速度，共同完成智能车的控制。 2.关键字 电磁、k60、AD、PID、电机、舵机 3.系统整体功能模块 系统整体功能结构图
4.电源模块设计 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 全部硬件电路的电源由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。 电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各模块的工作电压都需要经电源管理芯片来实现。 由于智能车使用7.2V镍镉电池供电，在小车行进过程中电池电压会有所下降，故使用低压差电源管理芯片LM2940。LM2940是一款低压稳压芯片，能提供5V的固定电压输出。LM2940低压差稳压芯片克服了早期稳压芯片的缺点。与其它的稳压芯片一样，LM2940需要外接一个输出电容来保持输出的稳定性。出于稳定性考虑，需要在稳压输出端和地之间接一个47uF低等效电阻的电容器。 舵机的工作电压是6伏，采用的是LM7806。 K60单片机和5110液晶显示器需要3.3伏供电，采用的是LM1117。 5.驱动电路设计 驱动电路采用英飞凌的BTS7960，通态电阻只有16mΩ，驱动电流可达43A，具有过压、过流、过温保护功能，输入PWM频率可达到25KHz，电源电压5.5V--27.5V。BTS7960是半桥驱动，实际使用中要求电机可以正反转，故使用两片接成全桥驱动。如图下图所示。
飞思卡尔智能车竞赛策略和比赛方案综述 一、竞赛简介 起源： “飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，自2006年首届举办以来，成功举办了五届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、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30个省市自治区200余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年第三届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9个科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文，附件2），2009年第四届被邀申请列入国家教学质量与教学改革工程资助项目。 分赛区、决赛区比赛规则 在分赛区、决赛区进行现场比赛规则相同，都分为初赛与决赛两个阶段。在计算比赛成绩时，分赛区只是通过比赛单圈最短时间进行评比。决赛区比赛时，还需结合技术报告分数综合评定。 1．初赛与决赛规则 1）初赛规则 比赛场中有两个相同的赛道。 参赛队通过抽签平均分为两组，并以抽签形式决定组内比赛次序。比赛分为两轮，两组同时在两个赛道上进行比赛，一轮比赛完毕后，两组交换场地，再进行第二轮比赛。在每轮比赛中，每辆赛车在赛道上连续跑两圈，以计时起始线为计时点，以用时短的一圈计单轮成绩；每辆赛车以在两个单轮成绩中的较好成绩为赛车成绩；计时由电子计时器完成并实时在屏幕显示。 从两组比赛队中，选取成绩最好的25支队晋级决赛。技术评判组将对全部晋级的赛车进行现场技术检查，如有违反器材限制规定的（指本规则之第一条）当时取消决赛资格，由后备首名晋级代替；由裁判组申报组委会执委会批准公布决赛名单。 初赛结束后，车模放置在规定区域，由组委会暂时保管。
第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 竞速比赛规则与赛场纪律 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分（省）赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间来决定，参加全国总决赛的队伍同时必须提交车膜技术报告。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）或者连续扫描赛道反射点的方式进行进行路经检测的属于摄像头组；车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。 竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分（省）赛区预赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求公正与公平。 一、器材限制规定 编 号 车模外观和规格赛题组供应厂商A 型 车 模 车模：G768 电机：RS380-ST/3545，摄像头 组 东莞市博 思电子数 码科技有 限公司
舵机：FUTABA3010 B 型 车 模 车模型号 电机：540，伺服器：S-D6光电组 北京科宇 通博科技 有限公司 C 型 车 模 车模型号：N286 电机：RN260-CN 38-18130 伺服器：FUTABA3010电磁组 东莞市博 思电子数 码科技有 限公司 各赛题组车模运行规则： a)光电组，摄像头组：车模正常运行。 车模使用A型车模（摄像头组）、B型车模（光电组）。车模运行方向为，转向轮在前，动力轮在后。如图1所示：
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告 学校：中北大学 伍名称：ARES 赛队员：贺彦兴 王志强 雷鸿 队教师：闫晓燕甄国涌
关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生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：2014-09-15日
摘要 本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang 算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅 助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。
目录 1绪论 (1) 1.1 竞赛背景 (1) 1.2国内外智能车辆发展状况 (1) 1.3 智能车大赛简介 (2) 1.4 第九届比赛规则简介 (2) 2智能车系统设计总述 (2) 2.1机械系统概述 (3) 2.2硬件系统概述 (5) 2.3软件系统概述 (6) 3智能车机械系统设计 (7) 3.1智能车的整体结构 (7) 3.2前轮定位 (7) 3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8) 3.4传感器的安装 (8) 4智能车硬件系统设计 (8) 4.1XS128芯片介绍 (8) 4.2传感器板设计 (8) 4.2.1电磁传感器方案选择 (8) 4.2.2电源管理模 (9) 4.2.3电机驱动模块 (10) 4.2.4编码器 (11) 5智能车软件系统设 (11) 5.1程序概述 (11) 5.2采集传感器信息及处理 (11) 5.3计算赛道信息 (13) 5.4转向控制策略 (17) 5.5速度控制策略 (19) 6总结 (19)
"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛 技术报告
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第八届"飞思卡尔"杯全国大学生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：孟泽民 章志诚 徐晋鸿 带队教师签名：陈朋 朱威 日期：2013.8.15
摘要 本文设计的智能车系统以MK60N512ZVLQ10微控制器为核心控制单元，通过Ov7620数字摄像头检测赛道信息，使用K60的DMA模块采集图像，采用动态阈值算法对图像进行二值化，提取黑色引导线，用于赛道识别；通过编码器检测模型车的实时速度，使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度并让其更稳定，我们使用自主编写的Labview上位机、SD卡模块、无线模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案可行。 关键词：MK60N512VMD100，Ov7620，DMA，PID，Labview，SD卡
Abstract In this paper we will design a smart car system based on MK60N512ZVLQ10 as the micro-controller unit. We use a Ov7620 digital image camera to obtain lane image information. The MCU gets the image by its DMA module. Then convert the original image into the binary image by using dynamic threshold algorithm in order to extract black guide line for track identification. An inferred sensor is used to measure the car`s moving speed. We use PID control method to adjust the rotate speed of driving electromotor and direction of steering electromotor，to achieve the closed-loop control for the speed and direction. To increase the speed of the car and make it more reliable，a great number of the hardware and software tests are carried on and the advantages and disadvantages of the different schemes are compared by using the Labview simulation platform designed by ourselves，the SD card module and the wireless module. The results indicate that our design scheme of the smart car system is feasible. Keywords: MK60N512VMD100，DMA，Ov7620，PID，Labview，SD card
光电组预赛排名 序号学校名称队伍名称比赛成绩名次 1 北京科技大学北京科技大学光电一队13.011 1 2 北京工业大学G-Tank 13.156 2 3 山东大学光电一队13.271 3 4 中南大学比亚迪双鱼座2012 13.6 5 4 5 华南理工大学木棉一队13.712 5 6 国防科技大学光电铁军一师13.803 6 7 华中科技大学华中科技大学一队13.838 7 8 乐山师范学院乐师5队13.889 8 9 武汉大学有时想起14.692 9 10 华南农业大学珠江学院野狼战队14.805 10 11 湖北汽车工业学院光电二队14.883 11 12 东北大学秦皇岛分校东秦3队14.958 12 13 中国地质大学（武汉）地大御风队14.992 13 14 合肥工业大学工大光电二队14.993 14 15 成都学院成大二队15.015 15 16 南京师范大学ALPS 15.125 16 17 北京理工大学北京理工大学光电一队15.252 17 18 杭州电子科技大学杭电光电一队15.262 18 19 山东工商学院迅雷1队15.33 19 20 皖西学院电协飞车15.349 20 21 天津大学天津大学光电一队16.086 21 22 广州大学华软软件学院华软电子一队16.203 22 23 兰州交通大学CRH2 16.231 23 24 四川师范大学成都学院川成一队16.274 24 25 浙江大学浙江大学华硕二队16.313 25 26 安徽大学追风队16.351 26 27 哈尔滨工程大学极品飞车2号16.468 27 28 哈尔滨工业大学航天福道光电之星1队16.53 28 29 浙江工业大学之江学院T-Force 16.721 29 30 河北联合大学轻工学院光电1队16.821 30 31 成都信息工程学院极速闪电16.995 31 32 辽宁工业大学疾速飞鹰17.211 32 33 东华大学东华光电飞龙2 17.225 33 34 河南工业大学奋进队17.234 34 35 南昌航空大学零速队17.299 35 36 河北大学工商学院灵锐一队17.836 36 37 安徽工程大学光影蓝宙17.993 37 38 哈尔滨华德学院华德蹑影驭风队18.024 38 39 山东轻工业学院Atomhachiko 18.356 39
飞思卡尔智能车电机公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
3.1.6驱动电机介绍 驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点: (1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。 (2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。 (3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。 (4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载 冲击的影响。 (5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时 间运行于停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值 时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连 续堵转电流。 图为该伺服电机的结构图。图是此伺服电机的性能曲线。
图伺服电机的结构图 图伺服电机的性能曲线 3.1.7 舵机介绍 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为 20ms，宽度为的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图所示。图为舵机的控制线。
飞思卡尔智能车大赛 目录[隐藏] 起源： 比赛规则： 起源： 比赛规则： [编辑本段] 起源： “飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，自2006年首届举办以来，成功举办了三届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、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30个省市自治区170余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年第三届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9个科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文，附件2），2009年第四届被邀申请列入国家教学质量与教学改革工程资助项目。 [编辑本段] 比赛规则： 参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模，采用飞思卡尔1 6位微控制器MC9S12DG128作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格
第三届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车邀请赛 技术报告 学校：北京理工大学 队伍名称：傲雄车队 参赛队员：刘鑫杨磊韩立博 带队教师：张幽彤冬雷 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：刘鑫 杨磊 韩立博 带队教师签名：张幽彤 日期：2008.8.20 摘要 本文介绍了北理傲雄车队队员们在准备第三届Freescale智能车大赛过程中 的工作成果。智能车的硬件平台采用带MC9S12DP512处理器的S12环境，软件 平台为CodeWarrior IDE 4.6开发环境，车模采用大赛组委会统一提供的1：10 的 仿真车模。文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构和开发流程。 整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和 策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，试验了多套方案，并进行升级，结合Labview 仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。 关键字：智能车，激光管，PID控制 第一章引言 1 1.1 赛事介绍 1
1.2 方案介绍 1 1.3 技术报告内容安排 2 第二章技术方案概要说明3 第三章机械设计4 3.1 PCB板的安装 4 3.2 前轮参数调整 5 3.3 舵机的升高方案 6 3.4 齿轮传动机构调整7 3.5 速度传感器的安装固定7 3.6. 后轮差速机构调整8 第四章硬件电路设计9 4.1 S12单片机最小系统9 4.2 路线识别电路设计12 4.3 电源管理电路设计14 4.4 电机驱动电路设计15 4.5 串行通讯接口电路15 4.6 速度检测模块16 4.7 现场调试模块17 第五章软件设计19 5.1 主程序设计 19 5.2 总体控制流程图 19 5.3 工作原理20 5.4.1 PID控制20 5.4.2 PID参数的整定 21 5.5 小车控制策略22 5.6 软件开发环境22 第六章模型车各项参数26 6.1 车模基本尺寸26 6.2 电路功耗及电容总容量26 6.3 传感器及伺服电机数量26 6.4 赛道信息检测精度、频率 26 第七章结论27 7.1 本系统的所具有的特点27 7.2 本系统存在的问题27 7.3 本系统可行的改进措施28 参考文献29 附录A 模型车控制主程序代码I 第一章引言 1.1 赛事介绍 受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导分委员负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。2008年8月26日，在沈阳东北大学举行第三届全国大学生智能车竞赛。本届的比赛，首先是在全国四大赛区进行预选赛，之后将有104只赛车到沈阳进行总决赛。在比赛中，参赛选手须使用大赛组委会统一提供的竞
智能车制作 F R E E S C A L E 学院：信息工程学院 班级：电气工程及其自动化132 学号：6101113078 姓名：李瑞欣 目录： 1. 整体概述 2．单片机介绍 3．C语言 4．智能车队的三个组 5．我对这门课的建议
一、整体概述 智能车的制作过程包括理论设计、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。内容涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科多专业。 下面是一个智能车的模块分布： 总的来说智能车有六大模块：信号输入模块、控制输出模块、数据处理模块、信息显示模块、信息发送模块、异常处理模块。 1、信号输入模块： 智能车通过传感器获知赛道上的路况信息（直道，弯道，山坡，障碍物等），同时也通过传感器获取智能车自身的信息（车速，电磁电量等）。这些数据构成了智能车软件系统（大脑）的信息来源，软件系统依靠这些数据，改变智能车的运行状态，保证其在最短的时间内按照规定跑完整个赛道。 2、控制输出模块： 智能车在赛道上依靠转向机构（舵机）和动力机构（电机）来控制运行状态，这也是智能车最主要的模块，这个模块的好坏直接决定了你的比赛成绩。 电机和舵机都是通过PWM控制的，因此我们的软件系统需要根据已有的信息进行分析计算得到一个合适的输出数据（占空比）来控制电机和舵机。 3数据处理模块： 主要是对电感、编码器、干簧管的数据处理。信号输入模块得到的数据非常原始，有杂波。基本上是不能直接用来计算的。因此需要有信号处理模块对采集的数据进行处理，得到可用的数据。 4信息显示模块： 智能车调试过程中，用显示器来显示智能车的部分信息，判断智能车是否正常运行。正式比赛过程中可关闭。主流的显示器有:Nokia 5110 ,OLED模块等，需要进行驱动移植。
第五届全国大学生智能汽车竞赛 20KHz 电源参考设计方案 （竞赛秘书处技术组版本1.0） 第五届全国大学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。根据比赛技术要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下电线中20KHz交表电流产生的磁场来导引小车沿着道路行驶。在平时调试和比赛过程中需要能够满足比赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中心线下的线圈。本文档给出了电源设计参考方案，参赛队伍可以根据这些参考设计方案自行设计制作所使用电源。 一、 电源技术指标要求： 根据《竞赛比赛细则》附件三关于电磁组赛道说明，20KHz电源技术要求如下： 1、驱动赛道中心线下铺设的0.1-0.3mm直径的漆包线； 2、频率范围：20K±2K； 3、电流范围：50-150mA； 下图是赛道起跑区示意图，在中心线铺设有漆包线。 图1 竞赛跑道起跑区示意图
首先分析赛道铺设铜线的电抗，从而得到电源输出的电压范围。 我们按照普通的练习赛道总长度50，使用直径为0.2mm漆包线。在30摄氏度下，铜线的电阻率大约为 0.0185欧姆平方毫米/米。计算可以得到中心线的电阻大约为29.4欧姆。 按照导线电感量计算机公式： 4 2ln0.75() l L l nH d ?? =×? ?? ?? 。其中l, d的单位 均为cm。可以计算出直径为0.2mm，长度50米的铜线电感量为131微亨。对应20KHz下，感抗约为16.5欧姆。 可以看出，线圈的电感量小于其电阻值。由于导线的电感量与铺设的形状有关系，上述计算所得到的电感量不是准确数值。另外，我们可以在输出时串接电容来抵消电感的感抗。所以估算电源电压输出范围的时候，我们不再特别考虑线圈的电感对于电流的影响。 为了方便设计，我们设计电源输出电压波形为对称方波。由于线圈电感的影响，线圈中的电流为上升、下降沿缓变的方波波形。如下图所示 图2 线圈驱动电压与电流示意图 对于电阻为29.4欧姆的赛道导线，流过100mA的电流，电压峰值应该大于3V。考虑到赛道长度有可能进一步增加、漆包线的直径减少等原因，设计电源输出电压的峰值为6V。在输出电流为150mA的时候，电源输出功率大约为0.9W。 二、 电源组成 电源电路包括振荡电路、功率输出电路、恒流控制电路以及电源等组成。 如下图所示：