第八届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：天津大学
队伍名称：梦一队
参赛队员：王琳
张海洋
温捷
带队教师：王建荣
何宇清
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：
带队教师签名：
日期：
目录
第一章引言 (1)
1.1 背景介绍 (1)
1.2 智能车体系结构 (2)
1.2.1 控制部分 (2)
1.2.2 传感器部分 (2)
1.2.3 执行机构 (2)
1.2.4 电源部分 (2)
1.2.5 人机接口 (2)
1.3 内容安排 (3)
第二章机械结构设计 (4)
2.1 车模信息 (4)
2.1.1 模型车套装 (4)
2.1.2 电机信息 (5)
2.1.3 伺服舵机信息 (5)
2.2 前轮定位 (6)
2.2.1 主销内倾 (6)
2.2.2 主销后倾 (6)
2.2.3 前轮前束 (7)
2.3 底盘高度调整 (7)
2.4 舵机的安装 (7)
2.5 差速调整 (7)
2.6 传感器支架 (8)
第三章系统硬件设计 (9)
3.1 单片机最小系统 (9)
3.2 电源管理 (9)
3.3 电磁检测模块 (10)
3.3.1 基本理论分析 (11)
3.3.2 传感器的布局 (12)
3.4 起跑线检测模块 (12)
3.5 电机驱动 (13)
3.6 速度传感器模块 (13)
3.7 硬件电路板 (14)
第四章软件算法设计 (15)
4.1 总体思路 (15)
4.2 主要流程 (15)
4.3 导线位置提取 (16)
4.4 系统控制算法 (16)
4.4.1 PID算法简介 (16)
4.4.2 数字PID控制 (17)
4.4.3 转向控制算法 (18)
4.4.4 电机控制算法 (18)
第五章智能车开发平台 (20)
5.1 IAR简介 (20)
第六章总结与提高 (22)
参考文献 ....................................................................................................................... I 致谢 ............................................................................................................................. I II 附录A 模型车技术参数........................................................................................... V 附录B 模型车电路原理图..................................................................................... VI 附录C 模型车程序源代码................................................................................... V III
第一章引言
1.1 背景介绍
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为各参赛队提供/购置规定范围内的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，保证竞赛向健康、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。
本次比赛分为光电、摄像头和电磁三个赛题组，使用电磁信号巡线属于电磁赛题组。本论文主要介绍电磁赛题组的智能车制作。
第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
1.2 智能车体系结构
智能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。
1.2.1 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K60。
1.2.2 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速度和方向控制提供所需的信息。传感器部分包括电磁传感器、轴编码器。
1.2.3 执行机构
负责执行动作信号，实现车的变速和转向。执行机构包括舵机和电机。1.2.4 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。
1.2.5 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，包括旋钮、LCD液晶显示。
第一章 引言
图1.1 电磁车体系结构图
1.3 内容安排
第一章 引言：简单介绍了飞思卡尔智能车大赛的一些情况；
第二章 机械结构设计：说明了本车机械结构的特点；
第三章 系统硬件设计：介绍了本车各个模块的硬件电路及设计思想；
第四章 软件算法设计：介绍了本车所采用的算法及编程工具；
第五章 智能车开发平台：介绍了编程软件IAR ；
第六章 总结与提高：介绍了智能车的优点与不足。
K60
控制部分 轴编码器电池
7.2V 稳压 模块 旋钮 LCD 显示 人机接口
电源部分 电机驱动 执行机构 3.3V 电磁传感器 其他芯片 5V
电机
舵机
第二章机械结构设计
2.1 车模信息
电磁组车模使用A型车模。车模运行方向为：转向轮在前，动力轮在后。
图2.1 车模行进示意图
2.1.1 模型车套装
图2.2 A车车模实物图
第二章机械结构设计
车模代号G768，尺寸为27×16×8cm，轮径52mm，有极好的调零装置，可以自由组装。
2.1.2 电机信息
图2.3 RS380-ST/3545
电机：RS380-ST/3545；
直径Ф27.5 mm；
机身长度32.5 mm；
输出轴直径Φ2.3 mm；
安装螺孔2-M2.5 mm；
工作电压：DC 1.2 ~ 36 V。
2.1.3 伺服舵机信息
图2.4 FUTABA3010
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伺服器：FUTABA3010；
重量：41 g；
输出扭矩：6.0V 时 6.5 + 1.3 Kg·cm；
动作速度：6.0V 时0.16 + 0.02 Sec/60°；
使用电压范围: 4.0 ~ 6.0 V。
2.2 前轮定位
为了使模型车在直线行驶时更加稳定，转向轻便，转向后能自动回正，并减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间形成一定的相对安装位置，叫车轮定位。其中包括主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。
图2.5 前轮连接实物图
2.2.1 主销内倾
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
2.2.2 主销后倾
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。这与摩托车的前轮向后倾的道理一样，它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾
第二章机械结构设计
角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。但后倾角大也会使转向费力。
2.2.3 前轮前束
所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。
2.3 底盘高度调整
在保证顺利通过坡道、路障的前提下，底盘尽量降低，从整体上降低模型车的重心，可使模型车转弯时更加稳定、高速。
2.4 舵机的安装
舵机转向是整个车模系统中延迟最大的一个环节，为了减小此时间常数，通过改变舵机的安装位置，加长力臂可以提高舵机的响应速度。考虑到舵机响应时间、稳定性以及虚位的诸多因素，我们最终选择竖直安装舵机。
2.5 差速调整
图2.6 差速齿轮实物图
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差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动，并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。当车辆在正常的过弯行进中(假设无转向不足亦无转向过度)，此时4个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为外侧前轮>外侧后轮>内侧前轮>内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低，而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高，以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高，而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。后轮差速的调整主要是调整差速器中差速齿轮的咬合程度，差速的松紧与自己所要求的速度相匹配，已达到自己想要的状态。
2.6 传感器支架
为了获得较长的前瞻，需要加长传感器支架的长度，但前伸的传感器支架会使车的重心前移，使车模的转向的负荷增加，转向的灵敏度转向，同时减小了后轮的抓地力，降低车模的加速及减速性能。因此传感器的支架材料显得尤其重要。经过多次尝试，我们最终选定使用碳纤维杆与热熔胶相互配合的支架结构。其优点为：
1、架构简单，质量轻，强度大；
2、可以使传感器支架做长，获得较远前瞻。因为这种架构的转动惯量较小，而且车模行驶时传感器支架抖动较小，所引起的传感器值改变小（后级的运放放大后会使信号出现异常，因此减小抖动很重要）；
3、可以做在任何位置，从而我们直接将支架固定在降低重心的配件里，很牢固而且整车看起来简洁、坚固；
4、该组合架构拆卸和维修较为方便，如果碳杆折断，只需更换即可。
第三章系统硬件设计
硬件设计是整个系统的基础，只有搭建好了稳定可靠的硬件环境，才能为后续的软件提供帮助，同时硬件设计也能为软件算法提供一种补偿作用，所以说好的硬件设计是系统最初设计的关键。
设计车模控制系统的电路，首先需要分析系统的输入、输出信号，然后选择合适的核心控制嵌入式计算机（单片机），逐步设计各个电路子模块，最后形成完整的控制电路。
3.1 单片机最小系统
图3.1 MK60DN512VLL10P100实物图
单片机最小系统为本智能车系统的核心。为了确保系统的稳定，系统采用的主芯片是龙丘公司制作的MK60DN512VLL10P100管脚的核心板KinetisK60芯片，内已封装了包括看门狗等一系列外围电路。
3.2 电源管理
官方指定的电池为7.2 V，2000 mAh镍镉电池。为满足需要，车模上需要其
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他稳压模块：
1、镍镉充电电池，充满时电压在7.8 ~ 8.2 V。可直接用于电机供电；
2、单片机及一些数字器件使用直流3.3 V和5 V，3.3 V电源与5 V电源选用常用线性稳压芯片；
3、伺服舵机的响应效率与电压成正比，在额定范围内，电压越大，响应效率越高，故采取6 V稳压。
图3.2 电源管理
3.3 电磁检测模块
电磁车要检测的赛道环境是由通有20 kHz、100 mA交变电流的导线所产生的电磁场。所以电磁信号检测放大传感器是要解决的第一个关键技术，电磁检
第三章系统硬件设计
测的核心是要提供一种能在最大范围保证一定放大倍数并且波形不失真的电路。
3.3.1 基本理论分析
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20 kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。根据电磁场理论分析可得无线长直导线周围磁场分布如公式
μ0I
B=
并且我们知道其分布情况符合右手螺旋法则，如下图所示：
图3.3 无线长直导线电磁分布图
从上面的分析我们可以得出以下两点启示：
1、赛道上电磁场大小与高度成反比，所以传感器支架要稳固，不会因车辆行驶而发生自形变。
2、赛道上电磁信号具有方向性，所以传感器布局要从分考虑这一特性，保证左右那个传感器关于中心对称。
同时，赛道上的交流电频率是20 kHz，为了达到滤波作用，必须用选频网络来提取正确的赛道信号，滤除掉不必要的杂波信号。我们最后采用的是品质因数较高的工字电感，并配以计算后合适大小电容形成LC并联滤波网络（电感大小103，电容6.8 nF）。
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f=
1
2π√LC
3.3.2 传感器的布局
图3.4 传感器布局
电磁传感器测出的信号为当前所在位置的某个方向的磁场信息，所以传感器的布局至关重要。通过实验发现，当传感器相距较大，视角宽，得到的赛道信息量大。所以，采用尽量架宽主要传感器的方式，以获得丰富的赛道信息，并且提前预知赛道形状。
3.4 起跑线检测模块
第三章系统硬件设计
图3.5 干簧管
起跑线检测直接使用干簧管。当干簧管不在磁铁上方时，检测信号为高电平。当干簧管在磁铁上方时，检测信号低电平。
3.5 电机驱动
电机驱动采用集成半桥芯片构成H桥来驱动电机，无需额外升压。
3.6 速度传感器模块
为了使得智能车能够平稳地沿赛道导引线运行，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。
图3.6 欧姆龙编码器
经过测试，最终选用了欧姆龙编码器。使用这种编码器足够满足精度需求，
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并且输出数字接口，直接输出测速脉冲，供单片机采样以获得实际速度值。3.7 硬件电路板
一套设计合理的硬件电路板是系统稳定可靠运行的重要保障，我们采取的是电路设计软件Protel进行各模块PCB板的开发。
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
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智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的综合系统。它集中的运用了计算机、传感器、信息。通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。 一.国外智能车设计竞赛 (1)美国的智能车大赛 美国国防部与院校、企业和发明家联合开展，全球领先的智能汽车竞赛。 2007年11月，美国第三届智能汽车大赛在加州维克托维尔举行。本届智能汽车比赛的目标是对未来科学家的激励。大学、企业和发明家们期望制造出通过洛杉矶和拉斯维加斯间荒地、行程160km的自主控制汽车。 参赛汽车的车顶上有旋转的激光器，两边有转动的照相机，完全由电脑控制，利用卫星导航、摄像、雷达和激光，人工智能系统可判断出汽车的位置和去向，随后将指令传输到负责驾驶车辆的系统，丝毫不受人的干涉，用传感器策划和选择路线。参赛的无人驾驶智能汽车沿着附近公路飞奔。 (2)韩国大学生智能车大赛 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，以HCS12单片机为核心的大学生智能模型汽车竞赛。 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线的智能车，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。 二.国内智能车辆竞赛现状研究 (1)竞赛的起源 2005年11月，中国教育部高等学校自动化专业指导分委员会与飞思卡尔半导体公司签署了双方长期合作协议书。协议书规定从2006年起，飞思卡尔将至少连续5年协办“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛，提供参赛队的标准硬、软件技术平台和竞赛优胜者奖金,并为主办单位提供一定的竞赛组织经费,我国智能车竞赛由此开始. (2)智能车竞赛的地位 教育部：与老牌的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛并列，被认定为国家教育部正式承认的五大大学生竞赛项目. 各高校：清华、交大、科大等名校均参加，最投入为北京科大，每年均举行校内赛（09年规模为79支队伍）. 校内：综合类竞赛（A类）仅3种，分别为智能汽车、机器人、挑战杯。 (3)竞赛历史——第一届邀请赛 2006年8月20日至21日在清华大学进行，共有来自全国57所高校的112支参赛队参加。赛道中只有直道和弯道，没有上下坡。从赛车寻迹技术方案来看，赛道检测方式也大体分为红外发射/接受管检测方式和CCD/CMOS摄像头检测方式两类。摄像头方案的成绩普遍好于红外传感器方案。 (4)竞赛历史——第二届，赛区+总决赛 扩大到全国具有以自动化专业为主的理工类高等本科学校约300余所。采取赛区和全国总决赛结合的形式。全国分为5个赛区，总决赛在上海交大举行。总决赛中出现上下坡的限制，比赛变得复杂了。小车的平均速度较比上年有了显著的提高，采用摄像头方案的成绩更加明显（决赛前十名的队伍全为摄像头队伍）。同比韩国的智能车大赛，我们的竞赛成绩已经超过了韩国。 (5)竞赛历史——第三届，赛区+总决赛 第三届智能车大赛在东北大学举行，有551支代表队伍参加了分区赛，104支队伍参加了总
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：
智能汽车竞赛活动总结 7月24日，第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛在兰州交通大学完美谢幕，经过半年多的努力与学习，我校工业中心（3）队在这次竞赛中获得西部赛区光电组三等奖，虽然成绩不是很理想，但是从学习的角度上看，学生确实学到了不少新知识、也逐渐成长起来。 “飞思卡尔”杯是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智能汽车竞赛，该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技，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。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。 “飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是涵盖自动控制、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知识的创意性比赛，融合科学性、趣味性和观赏性为一体。至今我部已参赛两届，在全校形成了具有一定规模影响力，该竞赛给学生提供了广阔的学习空间，丰富了课外兴趣学识，增强了学生的动手能力，深受学生的喜爱。参赛的是工业中心（3）队的光电组，在指导老师的带领下，队员间团
结协作，紧密配合，包括前期准备、宣传，比赛以及赛后相关事宜都有条不紊地完成，同时十分感谢校领导及中心领导在此次赛事中的大力支持和帮助。 对于智能车的控制系统，采用Freescale16位单片机mc9S12SX128为核心控制器,利用16个红外光电传感器构成的光电传感器阵列采集路面信息,单片机获得传感器采集的路面信息和车速信息,经过分析后控制智能车的舵机转向,同时对直流电机进行调速,从而实现智能车沿给定的黑线快速平稳地行驶。看似简单的控制思路制作实属不易，除了兴趣之外，学生必须花费大量的时间和精力攻克各自负责的模块。 在制作过程中主要做了三个方面的努力： .单片机初始化模块，包括I/o模块、Pwm模块、AD模块、计时器模块、定时中断模块初始化； 2.实时路径检测模块，光电传感器检测黑线，将返回信号输入单片机的输入端口，经单片机内部AD转换，进行分析，得出合适的Pwm信号控制舵机转向； 3.舵机控制模块、驱动电机控制模块，通过直接输出Pwm 信号控制舵机和电机； 5月初，完成了智能车的最初组装以及调试，小车在赛道上能缓慢行走，接下来对各个有效参数进行修改、调试，终于小车的速度和稳定性也有了明显的提升，最后在程序中
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：南京工业大学 专业：电子信息工程 参赛队员：沈春娟袁乐乐袁冯杰
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。 2. 电源模块 本系统中，为满足智能车各部分正常工作的需要，本系统采用12V 25C航模电池，通过外围电路的整定，电源被分配给各个模块。 电源模块分为两个部分，为了保证控制核心的稳定性，单独供电，主电路板供电采用7805集成稳压块，该集成电路输出电压稳定，加之直流供电，不需要复杂的滤波系统。缺点发热量大，电能利用率低，所以7805可以满足系统要求。电路如图所示： 主控制器模块 电源模块 路径识别模块电机驱动模块 车速检测模块
第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 竞赛比赛事宜说明 本文将只对于光电组、电磁组和摄像头组的竞速比赛进行说明。有关创意竞赛的说明请参见《第七届全国大学生智能汽车创意竞赛说明》 一、比赛平台与比赛内容 1.竞赛采用秘书处统一指定的车模套件，车模控制电路须采用飞思卡尔半导 体公司的8位、16位、32位MCU作为唯一的微控制器。同一学校的同一组别中不同队伍之间需要采用飞思卡尔不同系列的微控制器。飞思卡尔不同系列的微控制器包括，32位Kinetis系列；32位ColdFire系列；32位MPC56xx 系列；8位微控制器系列（可使用2片）；16位DSC系列；16位微控制器9S12XS 系列；16位微控制器9S12G系列。秘书处可以提供K10、9S12XS128、MPC5604B 开发板、在线调试工具和培训教材，免费发放Code Warrior开发软件。2.参赛队伍在车模平台基础上，制作一个能够自主识别路线的智能车，在专 门设计的跑道上自动识别道路行驶。 3.按照车模识别路线方案比赛分成电磁组、光电组和摄像头组。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；通过采集道路图像（一维、二维）或者连续扫描赛道反射点的方式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。每一参赛队只能参加一个组别比赛。 4.竞赛根据赛车在赛道上运行单圈最短时间进行评奖。 5.比赛将首先按照地域划分为五个分赛区和三个省赛区。参加分赛区的学 校，不允许跨赛区报名。每个学校最多可以报六支队伍参加分赛区比赛，报名三支（含）以上队伍的学校必须包含有电磁、光电和摄像头三个组别的参赛队伍，如果只报名两支队伍，则他们必须分属于不同的赛题组。三个省赛区分别是安徽省赛区、山东省赛区和浙江省赛区。省赛区组委会可以根据本省参赛学校情况，制定相应的报名规则。从省赛区选拔参加全国总决赛队伍的规则必须和五个分赛区的报名规则保持一致。 6.分赛区和省赛区遴选出总数相同的参赛队伍分别参加电磁组、光电组与摄
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
现在我们借助电磁组用的20KHZ的信号发生器看看能学到些什么。 信号发生器分三个部分组成，20K信号发生器、功率输出部分（功率输出可以采用多种方式，我们在这里只讨论用分立元件组成的H桥）、恒流源部分。20K信号的发生有多种方式，可以使用单片机也可以使用555还可以使用其他的振荡电路（教材上有详细的介绍）。下面我们主要讨论一下H桥和恒流控制。 这是一个H桥功率输出+恒流电路，现在我们把它拆分成两部分来看。首先是H桥的主体如下图所示。 这是上臂由PNP三极管和下臂由NPN三极管构成的H桥。其原理是在三极管工作在关闭和饱和两种状态的基础下，当控制Q1和Q4导通并且另外两只三极管截至的情况下电流会从负载（RL）的左侧流向右侧（红线方向）；同理当Q2和Q3导通Q1和Q4截至的时候电流会从负载的右侧流向左侧（绿线方向）。 让NPN三极管工作在饱和的状态（当开关使）只要使其基极电流足够大就可以了（不可太大会烧坏管子的），当Vbe大于导通电压时集电极和发射极导通。一般NPN三极管当开关使的电路如下图所示。 与NPN三极管不同的是PNP三极管的Vbe为负压时（电流从发射极流向基极）发射极和集电极导通。一般PNP三极管当开关使的电路如下图所示。
通过观察这两个开关电路可以发现NPN三极管开关电路的负载比三极管更靠近电源正极，而PNP三极管开关电路的负载比三极管更靠近地。为什么要这么做呢，如果放反了会怎么样呢，以NPN三极管为例。 我们都知道NPN三极管正常工作时发射极电位是小于基极电位的，所以上图电路中的三极管是工作在放大状态下的。这个电路的好处在于基极电流很小（输入阻抗很大），基极电流近似等于（基极电压-导通电压）/负载电阻/β。在共集放大电路（在学习共集放大电路的时候不妨也顺便看看共基放大电路）和推挽电路中会看到它的身影。这个电路稍微改造一下就变成了一个最简单的（之一吧）恒流源。 流过负载电阻RL的电流近似恒定为（Vref-导通电压）/Rfb。那么这个电路是如何恒流的呢，反馈电阻Rfb（在这里就不叫负载电阻了）是关键。我们都知道在RL在一定范围内变化时（这点很重要，RL如果太大下文就不成立了）三极管的集电极电流=基极电流*β，集电极电流与RL无关，但是β会随着三极管工作产生的热量变化，所以β值的变化是恒流最大的敌人。好在这里有Rfb，当β增大时集电极电流增大即流过Rfb的电流就会增大所以导致三极管发射极电压升高，进而导致基极电流变小使集电极电流稳定下来。这就是所谓的负反馈。可以把这个电路抽象成一个串接在主回路上的可调电阻器。
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：华中科技大学 队伍名称：华中科技大学五队 参赛队员：方华启 张江汉 诸金良 带队教师：何顶新 罗惠
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1章引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 全文安排 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1 电路系统框图 (3) 2.2 电源部分 (4) 2.3 电机驱动部分 (5) 2.4 电磁传感器 (6) 第3章机械设计 (8) 3.1 车体结构和主要参数及其调整 (8) 3.2 舵机的固定 (10) 3.3 传感器的固定 (11) 3.4 编码器的固定 (11) 第4章软件设计 (12) 4.1 程序整体框架 (12) 4.2 前台系统 (13) 4.3 后台系统 (13) 4.4 软件详细设计 (14) 第5章调试 (15) 第6章全文总结 (16) 6.1 智能车主要技术参数 (16) 6.2 不足与改进 (16) 6.3 致谢与总结 (17) I
参考文献 (18) 附录A 源代码 (18) II
第1章引言 第1章引言 教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛（教高司函[2005]201号文）[1]。 为响应教育部的号召，本校积极组队参加第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。从2009 年12 月开始着手进行准备，历时近8 个月，经过设计理念的不断进步，制作精度的不断提高，经历 2 代智能车硬件平台及相关算法的改进，最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。作为电磁组的华中科技大学五队采用轻质量机械设计、大前瞻传感器和连续化算法处理的基本技术路线，在前瞻距离、噪声抑制、驱动优化、整车布局等方面加强研究创新，在有限计算能力下获得了较高的赛道信息准确率。使智能车能够满足高速运行下的动力性和稳定性需求，获得了良好的综合性能和赛场表现。 本文将对智能车的总体设计和各部分的详细设计进行一一介绍。 1.1 概述 1.1.1 电路设计 飞思卡尔电磁组智能汽车硬件主要分为主控板，传感器板。本车在主控板上主要特色为电机使用H桥驱动，从性能和扩展性上优于集成驱动器方案。传感器板设计着重考虑提高传感器的前瞻量和信号的抗干扰能力。 1.1.2 机械设计 机械方面，主要是对舵机的安装进行了研究，加长了舵机的连杆，以增加反应速度。另外，主要研究车差速性能的研究以及传感器支架的固定。 1.1.3 控制程序设计 一方面使用免费的μCOS操作系统，这给智能车的整体调试提供了很多方便；另一方面，在大前瞻传感器的基础上设计出合理的舵机、电机控制算法，在满足稳定性要求的基础上提高速度。 1
飞思卡尔智能车电磁组程序员成长之路 1.飞思卡尔智能车小车入门 智能汽车电磁组简介： 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 变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。同时参赛选手需要自行设 计合适的电磁传感器来检测赛道信息完成智能寻迹功能。 智能车制作是一个涵盖电子、电气、机械、控制等多个领域和学科的科技创新活动。简单点来说可以将其分为硬件电路（包括电源、MUC 控制部分、电机驱动、传感器）、机械、算法三方面的设计。电磁组在机械方面可以参照光电组的设计方案，这里不再赘述。本设计指导只讲述20KHZ 电源、电磁传感器设计方案以及部分算法。 智能车对单片机模块需求： 飞思卡尔单片机资源：
智能车涉及到IO模块，中断模块，PWM模块，DMA模块，AD模块等。在车模调试中还有必须的模块。如SCI模块、定时器模块，SPI模块等。其中还涉及到一些算法和数据的存储和搬移。一个好程序框架对智能车的制作过程中会达到事半功倍的效果。但是就智能车这样系统来说，如果完全专门移植一个操作系统或者写一个程序的bootload，感觉有一些本末倒置，如果有成熟的，可以借用的，那样会比较好。 2．电磁传感器的使用 20KHz电源参考设计方案： 电源技术指标要求： 根据官网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.频率围：20K±2K； 3.电流围：50-150mA； 图 2.1 是赛道起跑区示意图，在中心 线铺设有漆包线。 首先分析赛道铺设铜线的电抗，从而得 到电源输出的电压围。我们按照普通的练习 赛道总长度 50m，使用直径 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： 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。
简易智能电动车 学校：辽宁工程技术大学小组成员： 日期：2011年8月4日
摘要 本设计以STC89C52单片机为控制核心。经光敏电阻和红外对射完成循迹，寻光以及躲避障碍物，测距的检测，经比较器LM393进入单片机。单片机通过内部程序完成对小车的控制。 关键字：控制；检测；红外对射；智能小车； The abstract This design to STC89C52 microcontroller as control core. The photoconductive resistance and infrared DuiShe complete follow mark, light and evades obstacles for the detection of comparison, the LM393 into the microcontroller. The internal process of single chip through complete control of the car. Key word: control; Detection; Infrared DuiShe; Intelligent car;
目录 1 方案论证与比较 (1) 2 各模块的选择方案 (1) 2.1电源模块选择方案 (1) 2.2系统控制模块方案 (2) 2.3红外对射模块方案 (2) 2.4恒流源模块 (2) 2.5比较器转换模块 (2) 3 系统硬件设计 (3) 3.1电源电路设计 (3) 3.2恒流源电路设计 (4) 3.3电机驱动模块 (5) 3.4循迹检测设计 (5) 3.5测距检测设计 (6) 3.6避障检测设计 (7) 4 系统软件设计 (7) 5 系统调试 (9) 6 结论 (10) 7 参考文献 (11)
飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案电磁组竞赛车模 路径检测设计参考方案 (竞赛秘书处 2010-1，版本 1.0) 一、前言 第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。竞赛车模需要能够通 过自动识别赛道中心线位置处由通有 100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。 本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛 的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。 二、设计原理 1、导线周围的电磁场 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。智能汽车 竞赛使用路径导航的交流电流频率为 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破中间，为 3kHz,30kHz，波长为 100km,10km。如下图所示: 图 1:电流周围的电磁场示意图
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，这正是我们进行电磁导航的目的。 由于赛道导航电线和小车尺寸 l 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 l 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。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，从而进行位置检测。 由毕奥-萨伐尔定律知:通有稳恒电流 I 长度为 L 的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为 r 处 P 点的磁感应强度为: 图 2 sin直线电流的磁场 , d, ,(0 , 4 10, 7 TmA 1 ) B , ，， cos,1 2 ，。 (1) ,1 4 r 由此得: B , cos, 4 r 4 r
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告 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“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： 摘要 随着现代科技的飞速发展，人们对智能化的要求已越来越高，而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业，
汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。同时，汽车生产商推出越来越智能的汽车，来满足各种各样的市场需求。本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景，主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。 机械硬件方面，采用组委会规定的标准 A 车模，以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心，其他功能模块进行辅助，包括：摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等，来完成智能车的硬件设计。 软件方面，我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程，使用增量式PD 算法控制舵机，使用位置式PID 算法控制电机，从而达到控制小车自主行驶的目的。 另外文章对滤波去噪算法，黑线提取算法，起止线识别等也进行了介绍。 关键字：智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试 第一章引言 飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商，一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的
简易智能小车 作品类别：第五类 引言 本系统采用AT89S52 作为主控制芯片，整合控制器模块，金属探测模块，障碍物探测模块，路面检测模块，光源探测模块，电机驱动模块，实现小车自动寻路，金属探测，避障和寻光入库。电路结构简单，可靠性能高，无论在结构和技术上都具有较好的科学性，在无人区引导探测金属矿源方面具有一定的应用前景。
方案设计 一、设计要求： 1.电动车从起跑线出发，沿引导线到达 B 点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有 1~3 块薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。 2.电动车到达 B 点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达 C 点要求电动车到达 C 点检处停车 5 秒，停车期间发出断续的声光信
息。 3.电动车通过障碍区，在光源的引导下，进入车库。 简易路程图 二、方案选择： 1.电机驱动方案的选择与论证 方案一：使用继电器对电机进行开关控制和调制。但缺点很明显，这种电路不能和单片机直接连接，因为它返回“0”时，并没有接到地上，所以单片机并不能识别，反而都会的还是0，其次继电器响应慢而且机械结构容易坏。 方案二：使用三极管或者达林顿管，结合单片机输出 PWM 信号实现调速的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较为
困难工作不是很稳定。 方案三：使用PWM控制芯片来实现对电机的控制，控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。 2.路面寻线模块 方案一：采用光敏传感器，根据白色背景和黑线反光程度的不同来判断传感器是否位于黑线上。 方案二：采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和探测距离合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。 方案选择：采用方案二。方案一受环境光的影响太大，效果不佳。而红外光不易受到环境光的干扰。 3.金属检测模块 采用金属接近开关来检测铁片，当金属接近时，高频磁场在金属中产生了涡流，使得LC 谐振回路的震荡幅度下降到阈值电压，开关输出信号。 4.寻光模块 方案一：采用单一的光敏电阻，利用其在不同的光强下阻值不同，确定小车的转向，保证其朝着光源最强的角度前进，这样做电路实现简单，但是精度不易控制。 方案二：采用多个光敏电阻，在小车车头排列成为半圆状结构。根据矢量合成原理，按照各个传感器测量光强的不同，确定小车相对
void main(void) { while(1) { AD_GetValue(); //获得传感器AD值Cal_PostitionA(); //获得？ if(SenA!=50) { Delayms(500); break; } Delayms(50); SenA=50; } #include
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。
青少年无人驾驶智能车制作竞赛活动方案 ----------青少年科学教育方案一、方案背景： 无人驾驶智能车也可称之为轮式移动机器人，其主要依靠车内的以机器人系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。无人驾驶智能车是通过摄像头、激光雷达、超声传感器等感知路况、识别交通标志并让电脑控制节流阀、刹车、驾驶、转向等，完全是按照人的驾驶习惯按规矩自动驾驶。无人驾驶车辆主要有三大系统支撑：环境感知系统，定位导航系统，控制系统。环境感知系统先用车上安装的感应器去感觉周围环境，紧接着，感知系统将信息传回“大脑”，用定位导航系统作出相应判断，是否要拐弯、刹车、加速、移动方向盘，随即对控制系统发出指令，车辆则自行完成上述“动作”。目前，无人驾驶智能车被广泛应用于科研、救灾、军事等领域。 我国的无人驾驶汽车仍处于初步研究阶段，整体研究工作和水平不高，与美国欧洲相比偏低，其重要原因是缺少大批的科技创新型高级人才。如何在中小学开展相关科技创新竞赛活动，提高学生兴趣，发现、培养未来科技人才至关重要。 青少年无人驾驶智能车主要由控制器、马达、指南针、超声波测距、红外线检测、灰度测距等电子模块及机械零部件组成。无人驾驶智能车能按照事先编写好的程序在特定的场地行驶，具有避障、标志识别、区域识别、定位等功能。控制器、马达、传感器等电子部件均为模块化结构，易于中小学生制作，并具有较大的自主设计、创新空间；无人驾驶智能车可适用于机器人教学、竞赛、科普等活动。 无人驾驶智能车竞赛活动旨在激发青少年从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导青少年理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的精神，为青少年创新性实验计划项目优秀成果展示提供一个良好的平台。是以迅猛发展的机器人技术为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。 二、方案目标： 1、通过本活动的开展，探索青少年从事科学研究与探索教育教学模式、具体途径、方式方法和有效措施。 2、如何利用青少年无人驾驶智能车竞赛的学习，给学生的创新教育搭建一个平台，培养学生的创新意识和创新能力，提高学生的科技素养，发展学生的科技特长，培养合格加特长的富有创造性的人才。