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： 山东大学(威海)
队伍名称： 飓风小车
参赛队员： 单荣杨
李季蒙
廖航
带队教师：郑亚民
王小利
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：
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目录
前言 (04)
第一章智能车机械系统设计方案
1．1 车模整体结构 (06)
1．2 转向舵机的安装 (06)
1．3 车轮及底盘的调整 (07)
1．3．1 主销后倾角 (07)
1．3．2 主销内倾角 (07)
1．3．3 前轮前束 (08)
1．3．4 底盘调整 (09)
1．4 测速模块的安装 (09)
第二章硬件系统设计与实现
2.1 Kinetis K60最小系统 (10)
2.2电源部分 (10)
2.3摄像头分频与硬件二值化电路 (11)
2.4电机驱动部分 (13)
2.5测速部分 (14)
2.6所用的主要器件 (15)
第三章 软件系统设计与实现
3.1摄像头图像采集 (16)
3.2图像处理部分 (16)
3.3光电编码器测速部分 (17)
3.4舵机控制部分 (17)
3.5 控制方案：增量式PID控制电机驱动 (17)
3.6 起跑线识别部分 (17)
第四章系统调试
4.1 IAR v6.30开发环境介绍 (18)
4.2 基于MFC的上位机图形分析软件PID控制 (19)
第五章 PID控制
5.1 PID控制原理 (21)
5.2 PID参数的整定 (23)
5.3 PID算法的数字化实 (24)
第六章模型车的主要技术参数 (27)
第七章结论 (28)
第八章参考文献 (29)
附录A 比赛源程序 (30)
附录B 电路原理图 (54)
前言
本文设计的智能车系统以飞思卡尔半导体公司的 32 位单片机Kinetis K60微控制器为核心控制单元，在IAR v6.30开发环境中进行软件开发，采用摄像头组指定的B 型车模，使智能车在跑道上沿着两边黑线以最快的速度行驶。智能车系统使用OV7725数字摄像头来获取赛道图像信息，将摄像头图像设置为QVGA格式输出，并进行硬件二值化，利用摄像头场行中断控制图像采集，摄像头数据时钟PCLK信号触发DMA将图像数据传送到单片机内部定义的数组中，为节省单片机的处理时间，设置数组翻转使得在图像处理的过程中完成下一场的图像采集。智能车系统的控制方面，本车通过电机驱动模块驱动电机和编码器进行测速，使用PID控制算法进行速度的闭环控制。为了提高智能车的速度和稳定性。我们使用了MFC编写的上位机作为调试工具。然后通过大量的测试，分析小车在测试跑道上的运行姿态，完成各种任务算法的软件调试，并不断的优化、改进硬件部分，使小车保持良好的状态，实验证明此系统设计方案可以使用。
第一章 智能车机械系统设计方案
1．1 车模整体结构
车模选用的是“飞思卡尔”杯智能车大赛组委会指定的1：10 仿真车模。车模底盘结构如图1-1 所示。
图1-1 车模底盘结构
1．2 转向舵机的安装
转向舵机是控制智能车转向的关键部分，其安装性能的优劣直接影响到智能车转向的灵活性和稳定性，这也就对智能车舵机安装的机械结构提出了较高的要求。舵机的在车模上必须完全固定，不允许它与车模之间有相对移动；同时，舵机的传动力臂在保证提供足够转向力矩的前提下还要做到更加灵活。 首先，对于同样的舵机，其传动力臂越长，响应速度越高。增加舵机传动力 臂的长度意味着舵机只要转动更小的角度就能产生较大的横向位移，从而使车轮转过更大的角度。但是，根据力矩公可以知道，舵机传动力臂加长会使舵机 的负载转矩增大，从而降低舵机定位的精度，且容易造成舵机损坏。因此，舵机传动力臂的长度并不是跟舵机转向的灵活性成正比的，传动力臂太长反而会影响其转向性能。综合考虑，最终选择适当加长舵机的传动力臂，在提高智能车转弯的灵活度的同时不会对舵机定位的精度有太大影响。智能车机械结构设
计经过多次改动实验，我们发现将舵机垂直安装于车身头部正中央位置效果最 佳。这样安装使舵机连接杆与传动力臂处于同一平面内并接近垂直，保证了舵机产生的转矩最大程度上作用于前轮的转向。舵机安装在中央位置使前轮左右转向平衡，避免了车模转向的左右不对称，提高了智能车适应不同赛道的能力。另外，舵机前置使重心前移，增大了前轮对地面的压力，从而增大了前轮的抓地力，更加利于转向。舵机安装实物图如图3-2 所示。
1．3 车轮及底盘的调整
为了使智能车在高速行驶时仍然具有较高的稳定性和灵活性，我们需要对车模的车轮和底盘进行必要的调整。这里主要介绍主销后倾角、主销内倾角、前轮前束、底盘调整。
1．3．1 主销后倾角
转向轮围绕主销进行旋转，前轴的轴荷通过主销传给转向车轮，具备这两点的就叫做主销。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。前轮重心在主销的轴线上，由于主销向后倾斜使前轮的重心不在车轮与地面的接触点上，于是产生了离心力。主销后倾形成的离心力，可以保证车子直线行驶的稳定性，还可以帮助车轮自动回正。在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的回正力矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。总之，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动回正的能力就越强，但是过大的回正力矩会使车辆转向沉重。通常主销后倾角值设定在1°到3°。
1．3．2 主销内倾角
主销内倾角是指主销的轴线相对于车轮的中心线向内倾斜的角度。主销内倾角示意图如图1-3 所示。
图1-3 主销内倾角示意图
由于主销轴线向内倾斜，使前轴荷更接近前轮中心线。当转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾的原因，车轮连同整个车身前部将被抬起一定高度，外力消失后，车轮就会在重力作用下恢复到原来的中间位置。故主销内倾角可以保证车子直线行驶的稳定性，还可以帮助车轮自动回正。但是，主销内倾角不宜过大，否则在转向时车轮主销偏转的过程中，轮胎与地面将产生较大的滑动，从而增加轮胎与路面间的摩擦阻力，不仅会使转向变得沉重，还将加速轮胎的磨损。通常汽车领域主销内倾角不大于8°。
1．3．3 前轮前束
车轮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车子的行驶性能，减少轮胎的磨损。
智能车机械结构设计前轮在滚动时，其惯性力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。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”或“负前束”。在实际的汽车中，一般前束为0-12mm。前轮前束示意图如图1-4所示。
图1-4 前轮前束示意图
调节合适的前轮前束在转向时有利过弯，还能提高减速性。将前轮前束调节 成明显的“内八字”，运动阻力加大，提高减速性能。由于阻力比不调节前束时增大，所以直线加速会变慢。智能车采用稳定速度策略或者采用在直道高速弯道慢速的策略时，应该调节不同的前束。
1．3．4 底盘调整
考虑到“飞思卡尔”杯智能车大赛以竞速为目的，车模底盘的调整就显得尤其重要。根据以前的比赛经验，车模底盘必须足够低，重心才能足够低，使智能车在过弯时更加灵活，降低发生侧翻的危险。另外，为了能使车模能顺利通过坡道等障碍，底盘高度大致以一层KT 板的厚度为标准。B 型车模调整车模底盘高度是通过改变车轮和底盘连接处的垫片来实现的，增加垫片的数量可以有效的降低底盘的高度。值得注意的是，底盘调整后左右高度需要对称，否则会严重影响智能车的运行。
1．4 测速模块的安装
为了保证测速的精度，设计采用码盘作为测速传感器。在码盘安装的位置选智能车机械结构设计选择上。我们选择安装在后轮轴的传动齿轮上，通过计算齿轮传动比，可以测得电动机的实际转速。
第二章 硬件系统设计与实现
2.1 Kinetis K60最小系统
最小系统使用144引脚的MK60DN512ZVLQ10芯片。
2.2电源部分
电源模块需要产生5V、3.3V。5V电源的获得比较常见的稳压芯片有LM7805和LM2941, 由于LM7805输入电压需要大于7V，因此当电源电压太低时它就能不能正常工作，而且7805功耗较大，所以本系统采用LM2941稳压。LM2941为典型的TO-220封装，输入、地、输出三个引脚，使用也比较方便，并且稳压芯片LM2941，工作压差可以小于0.5V，能提供比较稳定的5V电压以满足稳定性的要求。3.3V电源的获得采用TI公司生产的TPS7A4533低功耗稳压芯片，该芯片最大能提供1.5A电流，能够满足供电需求。
电源分配如下：
TPS7A4533获得的3.3V为K60最小系统、0V7725摄像头、拨码开关、调试部分的无线NRF模块、编码器、硬件二值化电路数字芯片供电。
LM2941获得的5V电源为舵机供电，经测试，5V供电下的舵机在使用过程中相应较快、电压稳定，能满足我们的控制需求。
2.3摄像头分频与硬件二值化电路
OV7725摄像头引脚图：
利用摄像头SCCB总线设置OV7725输出为QVGA格式输出图像，摄像头输出速率为150帧/秒，因此K60超频后捕捉摄像头PCLK会变得困难，采集的图像有时会不稳定。因此我们利用二进制计数器74HC590对PCLK进行二分频，八位移位寄存器输出芯片74HC594进行硬件二值化。SER接摄像头数据D7引脚，最高位串行输入，PCLK经过二分频器后控制74HC594输入周期。这样当
74HC590的QD引脚产生电平跳变时，就是8个图像的最高位压缩数据刚好移位
完毕，此时从74HC594一次读出8个点，这样能保证采集的图像可靠完整，并二值化。
分频与二值化转接板PCB：
PCB采用双面布线，因为转接板要连接在摄像头上，因此PCB不覆铜是为了减轻转接板重量。布线为曲线，增强高频抗干扰。
2.4电机驱动部分
常见的驱动芯片有BTS7960 与BTS7971，相比BTS7960，BTS7971驱动能力大，发热量小，因此我们选择用BTS7971作为智能车驱动芯片。智能功率芯片BTS7971是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC，集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。BTS7971 通态电阻典型值为16mQ，驱动电流可达
70A.BTS7971的芯片内部为一个半桥。INH 引脚为高电平使能BTS7971。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=1且INH=1 时，高边MOSFET导通，OUT引脚输出高电平； IN=0且INH=1 时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。SR 引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管导通和关断的时间，具有防电磁干扰的功能。IS 引脚是电流检测输出引脚。如下图所示，由两个BTS7971半桥驱动
芯片构成的全桥驱动电路。
BTS7971电机驱动。其中U4、U6 OUT接电机一端，U5、U7 OUT接电机另一端，由PWM1控制U4 U6 OUT的输出电压值U1，由PWM2控制U5、U7 OUT的输出电压值U2。U1、U2的大小由PWM1、PWM2的占空比乘以电池电压7.2V决定。故U1、U2的差值决定了电机的转速。由于此驱动方式具有较好的加减速性能，所以采用此驱动方式。
2.5光电编码器测速部分
编码器输出脚接K60 PTA19引脚，利用外部中断进行计数。利用K60 PIT
中断，每5ms测一次计数值，反馈输入到闭环PID进行控速。
2.6所用的主要器件
1.微控制器：
MK60DN512(Freescale)
2.路径检测模块：
数字OV7725摄像头，输出QVGA格式灰度信号，150帧/秒 3.后轮驱动：
B车模配套直流电机
4.速度检测模块
编码器：专用旋转编码器
5.直流电机驱动元件：
BTS7971
6.前轮转向模块
SD-5舵机
7.电源模块
稳压芯片：LM2941, TPS7A4533
8.电池：
标准镍镉电池7.2V 容量2000mAh
第三章 软件系统设计与实现
3.1摄像头图像采集
由于摄像头输出QVGA格式，240 x 320灰度数据，经过分频和二值化处理后，得到数据位240 x 40，场中断设置标志位进行一场的采集，行中断判断场中断标志位，并启动DMA，并设置DMA数据地址，当采集完一场后，进行数组反转，使下一场数据放到另外一组数据中，同时启动采集下一场。采集与图像处理在并行运行。这样方案采集速率为3ms/场。大大加快了采集速度。数组翻转代码：
、
翻转之后，直接处理pnrf_buff_out所指向的数组即可。
3.2图像处理部分
接收到的图像已经二值化无需再作更多处理，用斜率补全十字，效果较好。
3.3光电编码器测速部分
编码器测速使用PIT定时和IO口中断配合测量固定时间下的脉冲个数。
3.4舵机控制部分
舵机使用FTM产生300HZ的PWM波实现对舵机控制。并采用PD算法稳定并加快舵机响应速度。对打角的预测性和稳定性都有着良好的改善。
3.5 控制方案：增量式PID控制电机驱动
使用FTM产生10kHz的PWM波并使用增量式PID控制电机驱动。可以使得电机控制的多样性增加，加减速更加的可控。
3.6 起跑线识别部分
起跑线采用垂直方向扫描，对应特定形状判别，能够较为准确的识别。
第四章 系统调试
4.1 IAR v6.30开发环境介绍
Embedded Workbench for ARM 是IAR Systems 公司为ARM 微处理器开发的一个集成开发环境(下面简称IAR EWARM)。比较其他的ARM 开发环境，IAR EWARM 具有入门容易、使用方便和代码紧凑等特点[1]。
EWARM 中包含一个全软件的模拟程序(simulator)。用户不需要任何硬件支持就可以模拟各种ARM 内核、外部设备甚至中断的软件运行环境。从中可以了解和评估IAR EWARM 的功能和使用方法。
IAR EWARM 的主要特点如下：
1、高度优化的IAR ARM C/C++ Compiler
2、IAR ARM Assembler
3、一个通用的IAR XLINK Linker
4、IAR XAR 和XLIB 建库程序和IAR DLIB C/C++运行库
5、功能强大的编辑器
6、项目管理器
7、命令行实用程序
8、IAR C-SPY 调试器(先进的高级语言调试器)
使用界面如下图：
调试界面如下：
4.2 基于MFC的上位机图形分析软件：
上位机编写：
本设计采用VC6.0++来实现编程，上位机与单片机进行通信的程序编写可用VB、VC等软件。由于VB作为面向对象的编程工具不够完全，效率比VC 低，提供的命令语言环境较弱，通过串口设备一次最多只能交换16B的数据，对较大数据量的传输存在很大的局限性，很难实现较为复杂的数据处理，
VC6.0++是一种功能强大的面向对象的Windows编程开发平台。VC6.0的优点是界面简洁，占用资源少，操作方便。所以本设计采用VC作为串口编程工具。 上位机操作：
当采完一场图像后，直接在调试窗口记录数组所在的起始和终止地址，例如nrf_buff1[0][0]的地址，和nrf_buff1 [239][39]的地址，然后再IAR Viwe 串口调出Memory 窗口，复制两地址之间的内存数据并以txt格式保存，然后用上位机打开刚刚保存的txt文件，即可还原图像以及相应的算法处理结果。此方案代替传统的串口调试，大大提高了调试效率。
上位机运行如下：
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技术报告 学校：武汉科技大学队 伍名称：首安二队参赛 队员：韦天 肖杨吴光星带队 教师：章政 0敏
I
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第九届“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：
II
目录 第一章引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 内容分布 (1) 第二章系统总体设计 (2) 2.1 设计概述 (3) 2.2 控制芯片的选择 (3) 2.3 线性 CCD 检测的基本原理 (3) 2.3 系统结极 (5) 第三章机械系统设计 (7) 3.1 底盘加固 (7) 3.2 轮胎处理 (7) 3.3 四轮定位 (8) 3.4 差速器的调整 (12) 3.5 舵机的安装 (13) 3.6 保护杆的安装 (15) 3.7 CCD的安装 (16) 3.8 编码器的安装 (17) 3.9 检测起跑线光电管及加速度计陀螺仪的安装 (18) 第四章硬件系统设计 (19) 4.1 最小系统版 (20) 4.2 电源模块 (21) 4.3 CCD模块 (22) 4.4 驱动桥模块 (23) 4.5 车身姿态检测模块 (24) 4.7 测速模块 (24) 4.8 OLED液晶屏及按键、拨码 (25) 第5章程序设计 (27)
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，
extern int left,w,top,h; extern HDC m_hdc; CBrush brush3(RGB(0,255,0)); CBrush brush4(RGB(255,0,0)); CBrush brush5(RGB(255,255,0)); #else #include
RT，留下一点不算成功的经验吧。 先说说个人认为要取得好成绩的两个最重要的先决条件。 1. 人，这个是大前提，对于一个好的队伍，判别标准其实很简单，就是队员3个人是玩伴关系还是领导和下属关系。前者，大家都是来玩这个智能车的，自然主观能动性就会很高，能自主学习。不会总是“等着所谓队长分配任务”。这样效率就会很高。成绩自然不会低，后者，如果“队长”个人能力很强的话，就会出现到最后只有“队长”一个人在干。其他的队员就会因为自己技术不行，渐渐退出。而不会因为自己不会而去主动的学习。如果“队长”能力一般，再没有一些强力指导老师的情况下，这样的队伍一般会悲剧掉。所以，新人在参加这个智能车比赛的时就要明确动机。参加智能车确实是来学习知识的，但不会有人真正的来教你。一切都靠自己。 2.跑道，这个是客观条件中最重要的，一条污浊、破损、不符合规则的跑道，是不可能出成绩的。我们学校的赛道就是因为当初制作和后期保养不到位，导致赛道诸多永久性污浊、破损。一开始车刚能爬的时候，问题还不明显，后来在测试让车能平滑过S弯时问题就来了，由于赛道污浊，远处的跑道在CCD看了是错误，导致S弯和普通弯看起来一样，致使S弯策略根本没有启用，当时一直到修改S弯策略，到后来调出图像来看才发现是采集的问题。至于赛道污浊破损带来的干扰要不要处理，答案是肯定的，因为就算是比赛用的跑道也会有擦不掉，补不了的地方。但处理这些问题，应该是放在车辆原先行驶策略都调试正确的情况下，再人为的加入这些干扰。这样修改程序起来就有的放矢。 下面再以个人的观点介绍一下3个组别的特点，给新人选择做一个参考。 摄像头：有点像开卷考试，能得到的东西很多，但是如何把这些东西用好就是一个学问。摄像头的关键就是如何从采集回来的图像所包含的诸多信息中，选出一些高效方便的信息来控制车辆。至于控制策略，个人觉得一个能根据不同赛道类型而变化比例系数的比例控制器就能很好的满足控制需要。 光电组：想象起来很容易，其实很累的一个组，原理最简单，但是为了能有30CM以上的前瞻，和比较连续的偏差变化，就要下大功夫，先不说别的，让你装15个激光管，而且要保证不焊烧并要把光点打在一条线上，就是很繁琐的事情。总得来说，光电组拼的就是电路和传感器结构。不过对于看客来说，光电组是最好“看”的组，一排壮观的激光加上摆头的机械~ 电磁组：听起来有点复杂，其实比前两个组都轻松的组，电磁组又可分为数字和模拟两个类别。数字传感器就是和光电一样弄一排的传感器，看看哪个传感器接收到的信号最强以判断中线位置。模拟的就是比较两个传感器之间信号强度的差值来判断。电磁组好处就是不容易受到干扰，比赛上也见的，电磁车跑完的成功率是很高的，而且很容易判别起跑线。基本不用懂脑筋。而且如果选用是模拟传感器的话，能得到比较平滑的控制。 先说这些，想到再继续 关于摇头激光车的一点个人理解：为什么光电的车，要多花一个舵机去让传感器摇头呢？因为。为了能获得赛道上一个比较宽范围的信息，就必须把传感器做的很长。这样的后果 就是重量。折中的办法就是摇头，通过摇头，可以使一个小尺寸的传感器检测到大范围 DEMOK工作室淘宝小店
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：
摘
要
飞思卡尔智能车大赛是面向全国大学生举办的应用型比赛， 旨在培养创新精 神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。大赛主要是要求小车自主循迹并 在最短时间内走完整个赛道。针对小车所安装传感器的不同，大赛分为光电组、 电磁组和摄像头组。 本文介绍了本院自动化系第一届大学生智能汽车竟赛的智能车系统。 包括总 体方案设计、机械结构设计、硬件电路设计、软件设计以及系统的调试与分析。 机械结构设计部分主要介绍了对车模的改进，以及舵机随动系统的机械结构。硬 件电路设计部分主要介绍了智能车系统的硬件电路设计， 包括原理图和 PCB 设计 智能车系统的软、 硬件结构及其开发流程。该智能车车模采用学校统一提供的飞 思卡尔车模，系统以 STM32F103C8T6 作为整个系统信息处理和控制命令的核心， 使用激光传感器检测道路信息使小车实现自主循迹的功能
关键字：飞思卡尔智能车STM32F103C8T6
激光传感器
第一章 概述
1.1 专业课程设计题目
基于嵌入式 STM32 的飞思卡尔智能车设计
1.2 专业课程设计的目的与内容
1.2.1 目的 让学生运用所学的计算机、传感器、电子电路、自动控制等知识，在老师的 指导下，结合飞思卡尔智能车的设计独立地开展自动化专业的综合设计与实验， 锻炼学生对实际问题的分析和解决能力，提高工程意识，为以后的毕业设计和今 后从事相关工作打下一定的基础。 1.2.2 内容 本次智能车大赛分为光电组和创新做，我们选择光电组小车完成循迹功能。 该智能车车模采用学校统一提供的飞思卡尔车模， 系统以 STM32F103C8T6 作为整 个系统信息处理和控制命令的核心，我们对系统进行了创造性的优化： 其一， 硬件上采用激光传感器的方案， 软件上采用 keil 开发环境进行调试、 算法、弯道预判。 其二，传感器可以随动跟线，提高了检测范围。 其三，独立设计了控制电路板，充分利用 STM32 单片机现有模块进行编程， 同时拨码开关、状态指示灯等方便了算法调试。
1.3 方案的研讨与制定
1.3.1传感器选择方案 方案一：选用红外管作为赛道信息采集传感器。 由于识别赛道主要是识别黑白两种不同的颜色， 而红外对管恰好就能实现区 分黑白的功能，当红外光照在白色KT板上时，由于赛道的漫反射作用，使得一部 分红外光能反射回来， 让接收管接的输出引脚的电压发生变化，通过采集这个电 压的变化情况来区分红外光点的位置情况，以达到区分赛道与底板的作用。 红外管的优点在于价格便宜，耐用；缺点却用很多：1、红外光线在自然环 境中，无论是室内还是室外均比较常见，就使得其抗干扰能力不强，容易受环境 变化的影响。2、调试不方面，由于红外光是不可见光，调试的时候需要采用比 较麻烦的方法来判断光电的位置。3、由于红外管光线的直线性不好，就使得红 外传感器所能准确的判断的最远距离比较小，也就是通常所说的前瞻不够远。
飞思卡尔推出业界最强大的汽车动力总成系统微 控制器 2011-10-14 18:05:18 来源：与非网 关键字：飞思卡尔Qorivva MCU 动力总成控制系统 2011年10月12日-德国巴登（2011汽车电子系统展览会）–汽车厂商继续通过新的汽车设计将业界标准提升至新高度，通过交付具有更高燃油经济性和更低排放的汽车满足消费者的期望和政府的法规要求。高性能微控制器（MCU）在环保汽车设计领域扮演着重要角色，飞思卡尔半导体（NYSE:FSL）日前宣布推出强大的多核心汽车MCU系列中的第一款产品，帮助汽车设计者更加轻松地提高引擎效率并降低排放污染。 飞思卡尔新推出的多核心Qorivva 32位MPC5676R MCU在Power Architecture?技术的基础上构建，与上一代单核心MPC5566 MCU相比，性能提高了四倍、内存空间提高了一倍、并提供了更多功能。MPC5676R的多种优势允许全球汽车厂商在单一控制器中融合多种尖端技术，例如直喷、涡轮增压和有线系统全驱动。 飞思卡尔负责汽车MCU业务副总裁Ray Cornyn表示，“飞思卡尔充分了解帮助汽车厂商生产更加环保、燃油效率更高的汽车所需的关键技术及其重要性，长期以来我们一直与汽车行业合作，共同开发可以满足其最新一代设计需求的解决方案。在动力总成领域，我们的目标是生产最强大、最灵活的MCU，它可以同时管理最新引擎的所有复杂控制任务，为设计者提供了降低系统复杂性所需的工具和软件平台。” 90纳米双核心MPC5676R MCU配备了： ? 6 MB片上闪存 ?384 KB片上RAM ?三个高性能增强型时序处理器单元（eTPU）
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：北京邮电大学 队伍名称：北邮摄像头一队 参赛队员：何映材 邬仲钧 刘涛 带队教师：高荔
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：何映材 邬仲钧 刘涛 带队教师签名： 日期：
目录 第一章设计概览 (4) 1 设计概述 (4) 1.1 整车设计思路 (4) 1.2 车模整体造型 (4) 图1.2车模整体造型 (5) 第二章硬件设计 (6) 2 硬件设计 (6) 2.1 机械结构 (6) 2.1.1舵机改装 (6) 2.1.2电池固定 (6) 2.1.3电机定位 (7) 2.1.4底盘固定 (7) 2.1.5差速调节 (7) 2.2 硬件电路 (7) 2.2.1电源设计 (7) 2.2.2电池电压检测模块 (8) 2.2.3驱动电路设计 (9) 2.3 摄像头选型 (9) 第三章系统软件设计 (10) 3 软件设计 (10) 3.1 程序整体设计 (10) 3.2 图像提取与处理 (11) 3.3 控制策略 (13) 3.3.1整体控制 (13) 3.3.2PID算法的引入与改进 (13) 3.3.3增量式or位置式 (15) 第四章调试工具 (16) 4 调试工具 (16) 第五章总结 (17) 5 总结 (17) 第六章车模参数 (18) 6 车模规格 (18) 参考文献 (18) 附录 (19)
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)
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
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 号 摄像头型 车 模 车模：G768 电机：RS380-ST/3545， 舵机：FUTABA3010
型车 模 车模型号 电机：540，伺服器：S-D6 光电组 型 车 模 车模型号：N286 电机：RN260-CN 38-18130 伺服器：FUTABA3010 电磁组 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： 图1 光电组车模运行方向说 b)电磁组：车模直立行走。 使用C型车模。车模运行时只允许动力轮着地，车模直立行走。如图2 所示：
先静下心来看几篇技术报告，可以是几个人一起看，边看边讨论，大致了解智能车制作的过程及所要完成的任务。 看完报告之后，对智能车也有了大概的了解，其实总结起来，要完成的任务也很简单，即输入模块——控制——输出。 （1）输入模块：各种传感器（光电，电磁，摄像头），原理不同，但功能都一样，都是用来采集赛道的信息。这里面就包含各种传感器的原理，选用，传感器电路的连接，还有传感器的安装、传感器的抗干扰等等需要大家去解决的问题。 （2）控制模块：传感器得到了我们想要的信息，进行相应的AD转换后，就把它输入到单片机中，单片机负责对信息的处理，如除噪，筛选合适的点等等，然后对不同的赛道信息做出相应的控制，这也是智能车制作过程中最为艰难的过程，要想出一个可行而又高效的算法，确实不是一件容易的事。这里面就涉及到单片机的知识、C语言知识和一定的控制算法，有时为了更直观地动态控制，还得加入串口发送和接收程序等等。 （3）输出模块：好的算法，只有通过实验证明才能算是真正的好算法。经过分析控制，单片机做出了相应的判断，就得把控制信号输出给电机（控制速度）和舵机（控制方向），所以就得对电机和舵机模块进行学习和掌握，还有实现精确有效地控制，又得加入闭环控制，PID算法。 明确了任务后，也有了较为清晰的控制思路，接下来就着手弄懂每一个模块。虽然看似简单，但实现起来非常得不容易，这里面要求掌握电路的知识，基本的机械硬件结构知识和单片机、编程等计算机知识。最最困难的是，在做的过程中会遇到很多想得到以及想不到的事情发生，一定得细心地发现问题，并想办法解决这些问题。 兴趣是首要的，除此之外，一定要花充足的时间和精力在上面，毕竟，有付出就会有收获，最后要明确分工和规划好进度。
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
第十届全国大学生“飞思卡尔”杯华 北赛 智能汽车竞赛 技术报告 目录 目录 (11) 第一章方案设计 (11) 1.1系统总体方案的选定 (11) 1.2系统总体方案的设计 (11) 1.3 小结 (22) 第二章智能汽车机械结构调整与优化 (33) 2.1智能汽车车体机械建模 (33) 2.2 智能汽车传感器的安装 (44) 2.2.1速度传感器的安装 (44) 1 / 26
2.2.2 线形CCD的安装 (55) 2.2.3车模倾角传感器 (55) 2.3重心高度调整 (55) 2.3.1 电路板的安装 (66) 2.3.2 电池安放 (66) 2.4 其他机械结构的调整 (66) 2.5 小结 (66) 第三章智能汽车硬件电路设计 (77) 3.1主控板设计 (77) 3.1.1电源管理模块 (77) 3.1.2 电机驱动模块 (88) 3.1.3 接口模块 (99) 3.2智能汽车传感器 (1010) 3.2.1 线性CCD传感器 (1010) 3.2.2 陀螺仪 (1010) 3.2.3 加速度传感器 ............................ 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.2.3 编码器 (1111) 3.3 键盘，数码管....................................... 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.4液晶屏 (1212) 3.5 小结 (1212) 第四章智能汽车控制软件设计 (1313) 4.1线性CCD传感器路径精确识别技术 (1313) 4.1.1新型传感器路径识别状态分析 (1414)
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。
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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。
图舵机控制要求 图舵机的控制线 控制线输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms-2ms之间。而低电平时间应在5ms到20ms间，并不很严格。下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂的位置的关系：
"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
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。