第八届飞思卡尔智能车比赛规则
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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:南京邮电大学队伍名称:SEA光电一队参赛队员:顾佳俊赵孔明蓝晨曦带队教师:江兵高翔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:顾佳俊赵孔明蓝晨曦带队教师签名:江兵高翔日期:2013.8.12摘要本文介绍了南京邮电大学光电一队队员们在准备第八届飞思卡尔智能车大赛中的工作成果,智能车使用MK60DX256ZVLQ10处理器,使用IAR 开发环境,车模采用大赛组委会统一提供的D车模。
文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构及设计开发过程,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。
本文主要从硬件电路、机械设计、软件设计等方面阐述了小车的整体架构与设计思路。
车模以MK60DX256ZVLQ10单片机为控制核心,以线性CCD作为循迹传感器,以光电编码器检测速度信息。
车模的控制主要可分解为直立控制、速度控制、方向控制,而这三个方面又相互影响。
车模系统的简单工作原理是车体在保持平衡与适当速度的前提下,再由MK60DX256ZVLQ10单片机收集线性CCD 返回来的赛道信息对方向进行控制。
关键词:MK60DX256ZVLQ10单片机,线性CCD,陀螺仪,加速度计,PID目录第一章系统总体方案设计...................................................................................................... - 2 -1.1系统总体框图................................................................................................................ - 2 -第二章系统硬件设计.............................................................................................................. - 4 -2.1主控模块 ......................................................................................................................... - 4 -2.2电源管理模块................................................................................................................ - 5 -2.3电机驱动模块................................................................................................................ - 6 -2.4倾角传感器电路............................................................................................................ - 8 -2.5速度检测传感器电路.................................................................................................. - 10 -2.6赛道信息检测(线性CCD)..................................................................................... - 10 -第三章机械设计...................................................................................................................... - 12 -3.1车模简化改装.............................................................................................................. - 12 -3.2加固电机引线.............................................................................................................. - 12 -3.3拨码开关的安装.......................................................................................................... - 13 -3.4电池的安装.................................................................................................................. - 14 -3.5光电编码器的安装...................................................................................................... - 14 -3.6 CCD的安装 ................................................................................................................ - 15 -3.7陀螺仪与加速度计传感器.......................................................................................... - 16 -第四章系统软件设计.............................................................................................................. - 17 -4.1 PID算法的应用 .......................................................................................................... - 18 -4.1.1平衡的PD控制............................................................................................... - 18 -4.1.2速度的PD控制............................................................................................... - 19 -4.1.3速度的PD控制方向的PD控制..................................................................... - 19 -4.2固定曝光时间,动态软件放大.................................................................................. - 20 -第五章开发工具、安装、调试过程说明.............................................................................. - 21 -5.1IAR集成开发环境................................................................................................... - 21 -5.2上位机.......................................................................................................................... - 24 -5.3示波器上位机.............................................................................................................. - 25 -第六章模型车的主要技术参数说明...................................................................................... - 26 -6.1 智能车外形参数......................................................................................................... - 26 -6.2 电路部分参数............................................................................................................. - 26 -6.3 传感器个数以及种类................................................................................................. - 26 -6.4 除了车模原有的驱动电机、舵机之外伺服电机数量............................................. - 26 -6.5赛道信息检测精度、频率.......................................................................................... - 26 -第七章总结.............................................................................................................................. - 27 -附录 ........................................................................................................................................... - 29 -附录A 核心算法子程序.................................................................................................. - 29 -引言在半导体技术日渐发展的今天,电子技术在汽车中的应用越来广泛,汽车电子化已成为行业发展的必然趋势。
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:浙江工业大学队伍名称:浙工大银江逐梦队参赛队员:孟泽民章志诚徐晋鸿带队教师:陈朋、朱威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AbstractIn 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目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)第一章系统总体设计 (2)1.1系统概述 (2)1.2整车布局 (2)第二章机械系统设计及实现 (4)2.1车体机械建模 (4)2.2车模转向轮的定位与调整 (5)2.3底盘高度及其调整 (6)2.4编码器的安装 (7)2.5舵机安装位置及结构调整 (7)2.6舵机转角分析 (8)2.7摄像头的安装 (8)第三章硬件系统设计及实现 (10)3.1硬件设计方案 (10)3.2电路设计方案 (10)3.2.1单片机最小系统板 (10)3.2.2电源稳压电路及检测电路 (11)3.2.3图像处理电路 (12)3.2.4电机驱动电路 (13)3.2.5舵机接口电路 (14)3.2.6拨码开关电路 (14)第四章软件系统设计及实现 (16)4.1赛道双边线提取及优化处理 (16)4.1.1原始图像的特点 (16)4.1.2普通赛道提线 (17)4.1.3特殊赛道提线 (19)4.1.4偏差量的计算 (21)4.1.5路径选择 (21)4.2 PID 控制算法介绍 (22)4.2.1位置式PID (23)4.2.2增量式PID (23)4.2.3各种改进型PID (24)4.2.4PID参数整定 (25)4.3转向舵机的PID控制算法 (25)4.4驱动电机的PID控制算法 (26)4.5速度决策算法 (26)4.6路径识别算法 (28)第五章系统开发及调试 (29)5.1开发工具 (29)5.2上位机图像显示 (29)5.2.1Labview 上位机 (29)5.3 SD卡模块 (30)5.3.1SD卡介绍 (30)5.3.2SPI总线介绍 (31)5.3.3硬件电路实现 (31)第六章模型的主要技术参数 (32)结论 (33)参考文献 (34)附录:程序源代码 (35)引言引言“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托,高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。
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:常熟理工学院队伍名称:物电电磁一队参赛队员:杨楚、蒋林洋、卜建锋带队老师:徐健、吴正阳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:带队老师签名:日期:摘要本文介绍了常熟理工学院物电电磁一队电磁车的成果。
智能车的硬件平台采用带MC9S12XS128 处理器,软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境,车模采用大赛组委会统一提供的A型车模。
文中介绍了智能车机械结构调整,传感器电路设计,舵机、电机控制算法以及起跑线的检测等。
车模以MC9S12XS128单片机为控制核心,以安装在车体前的工字电感作为循迹传感器,采用干簧管检测起跑线,以欧姆龙编码器检测速度信息。
车模系统的简单工作原理是MC9S12XS128单片机通过AD口采集电感检测的拟量,并通过算法处理,然后返回值用于舵机控制,根据编码器返回值进行电机的闭环控制。
通过串口,借用蓝牙等工具进行舵机PD参数,电机PID的调节,以及整定传感器参数的整合处理。
关键字:智能车、电机PID控制、舵机PD控制、电磁寻线目录第一章总体方案设计 6第二章智能车机械结构调整与优化 9 2.1 主销内倾 92.2 主销后倾 102.3 外倾角 112.4 车轮安装示意图如下: 12 2.5 舵机的安装 122.6 舵机安装示意图如下: 13 2.7 小结 13第三章电路设计说明 143.1 电源模块 143.2 传感器模块 153.3 电机模块 153.4 舵机模块 163.5最小系统板设计 163.6系统主板设计 173.7小结 18第四章智能车控制软件设计说明 194.1 软件设计总体框架 194.2 电机PID控制 204.3 舵机的控制 234.4 传感器数据的处理 244.5 小结 24第5章开发工具、制作、安装、调试过程说明 25 5.1 软件编译环境 255.2 显示模块 255.3 蓝牙调试模块 265.4 上位机调试 265.5 本章小结 27模型车的主要技术参数说明 28结论 29参考文献 31附录A:程序源代码 32引言智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。
智能车竞赛规则1. 背景介绍智能车竞赛是一项以开发和设计自主驾驶汽车为目标的比赛。
参赛者通过使用各种传感器、控制算法和人工智能技术,使车辆能够在不同的道路环境中自主导航、避开障碍物并完成指定任务。
2. 参赛要求2.1 参赛车辆参赛车辆必须是自主设计和制造的,具备完全自主驾驶功能。
可以使用任何类型的动力系统和传感器,包括激光雷达、摄像头、超声波传感器等。
车辆必须符合国际道路交通安全标准,并且没有任何危险品。
2.2 参赛队伍每个参赛队伍由若干队员组成,包括工程师、程序员和设计师等。
每个队伍需要有一个指导老师或导师来指导他们的工作。
2.3 报名与资格审核所有有意参加比赛的队伍需要提前进行报名,并提交相关材料进行资格审核。
审核内容包括参赛车辆的技术规格、团队成员及其专业背景等。
2.4 安全要求参赛车辆必须具备安全性能,包括防止碰撞的措施、避免系统故障导致危险的设计等。
在比赛过程中,车辆必须始终保持在指定的赛道内行驶,并遵守交通规则。
3. 比赛规则3.1 赛道设置比赛赛道根据实际道路环境进行设计,包括直线道路、弯道、上坡、下坡和障碍物等。
赛道上可能存在不同类型的标志和交通信号灯。
3.2 任务要求参赛车辆需要完成一系列指定任务,包括但不限于: - 跟随导航:根据提供的地图信息,在规定时间内从起点到终点自主导航。
- 避障行驶:在路上布置各种障碍物,参赛车辆需要识别并避开这些障碍物。
- 车辆间通信:与其他参赛车辆进行通信,共享交通信息,并做出相应的决策。
- 速度控制:根据交通标志和信号灯,调整车速以符合交通规则。
3.3 评判标准参赛车辆的评判标准主要包括以下几个方面: - 完成任务的时间:完成任务所花费的时间越短,得分越高。
- 完成任务的准确性:车辆是否能够准确地遵守交通规则和执行指令。
- 避障能力:车辆是否能够识别并避开障碍物,以及避免与其他车辆发生碰撞。
4. 比赛流程4.1 预赛预赛阶段是为了筛选出表现优秀的队伍,确定参加决赛的资格。
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:带队教师签名:日期: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。
第八届“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地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地规定,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地设计方案、技术报告以及参赛模型车地视频、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:带队老师签名:日期:摘要本文介绍了常熟理工学院物电电磁一队电磁车地成果.智能车地硬件平台采用带MC9S12XS128 处理器,软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境,车模采用大赛组委会统一提供地A型车模.文中介绍了智能车机械结构调整,传感器电路设计,舵机、电机控制算法以及起跑线地检测等.车模以MC9S12XS128单片机为控制核心,以安装在车体前地工字电感作为循迹传感器,采用干簧管检测起跑线,以欧姆龙编码器检测速度信息.车模系统地简单工作原理是MC9S12XS128单片机通过AD口采集电感检测地拟量,并通过算法处理,然后返回值用于舵机控制,根据编码器返回值进行电机地闭环控制.通过串口,借用蓝牙等工具进行舵机PD参数,电机PID地调节,以及整定传感器参数地整合处理.关键字:智能车、电机PID控制、舵机PD控制、电磁寻线目录第一章总体方案设计----------------------------------------------------------------- 6第二章智能车机械结构调整与优化---------------------------------------------- 82.1 主销内倾 -------------------------------------------------------------- 92.2 主销后倾 -------------------------------------------------------------- 92.3 外倾角---------------------------------------------------------------- 102.4 车轮安装示意图如下:------------------------------------------- 122.5 舵机地安装--------------------------------------------------------- 122.6 舵机安装示意图如下:------------------------------------------- 132.7 小结-------------------------------------------------------------------------- 13第三章电路设计说明--------------------------------------------------------------- 133.1 电源模块 ------------------------------------------------------------------- 143.2 传感器模块 ---------------------------------------------------------------- 143.3 电机模块 -------------------------------------------------------------------- 153.4 舵机模块 -------------------------------------------------------------------- 153.5最小系统板设计 ----------------------------------------------------------- 163.6系统主板设计 -------------------------------------------------------------- 173.7小结--------------------------------------------------------------------------- 17第四章智能车控制软件设计说明 ------------------------------------------------ 194.1 软件设计总体框架------------------------------------------------------- 194.2 电机PID控制 ------------------------------------------------------------ 194.3 舵机地控制 ---------------------------------------------------------- 234.4 传感器数据地处理------------------------------------------------------- 244.5 小结-------------------------------------------------------------------------- 24第5章开发工具、制作、安装、调试过程说明 ----------------------------- 245.1 软件编译环境 ------------------------------------------------------ 245.2 显示模块 ------------------------------------------------------------- 255.3 蓝牙调试模块 ------------------------------------------------------ 255.4 上位机调试 --------------------------------------------------------- 265.5 本章小结 ------------------------------------------------------------ 27模型车地主要技术参数说明 ------------------------------------------------------- 28结论 -------------------------------------------------------------------------------------- 29参考文献 -------------------------------------------------------------------------------- 30附录A:程序源代码 ---------------------------------------------------------------- 31引言智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体地综合系统,它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,是典型地高新技术综合体.目前对智能车辆地研究主要致力于提高汽车地安全性、舒适性,以及提供优良地人车交互界面.近年来,智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究地热点和汽车工业增长地新动力,很多发达国家都将其纳入到各自重点发展地智能交通系统当中.熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
第八届中国青少年机器人竞赛第六章“FLL”机器人挑战赛规则破解能源规则1 参赛必读要排除各种疑问并获得好成绩,你必须仔细阅读以下4个文件:场地安装说明、任务、规则和网上问答。
2任务任务就是机器人完成可以获得分数的工作。
机器人必须从基地出发并可以多次往返于基地和场地之间,每次出基地后可以尝试完成1个或者多个任务。
任务可以按照任意的顺序去完成,在规则允许的情况下可以反复尝试去完成任务。
当比赛结束后,裁判根据场地上每个任务完成的结果,给出相应的分数。
3比赛在比赛的时候,两块比赛场地并排放在一起,两个参赛队伍同时在这两块场地上进行比赛。
在2分半钟的比赛时间里,机器人通过完成任务来获得尽可能多的分数。
在比赛期间,计时器不会暂停。
至少有三次比赛,每次都有一个新的机会去获得最好的分数。
每次比赛的分数没有任何关联,只取三次比赛中最好的一次评表演奖。
4回合所有参赛队伍按顺序进行一次比赛的过程称为一回合比赛。
比赛将进行至少三个回合的比赛,在每回合比赛之间,参赛队伍有时间到调试区修改机器人和程序,但是这个时间有限制,要根据比赛的时间安排。
5队伍组成一个队伍最多允许有10名成员,不包括教练和领队。
在教练手册中规定了参赛选手的年龄。
在比赛的时候,只有两名队员可以同时上场参加比赛,其他队员只能站在旁边。
不过台上队员和台下队员可以随时调换。
6机器人机器人的定义是RCX或者NXT以及任何当前连接在上面的物体。
任务模型、策略物体、掉落的碎片和分离的机械装置不属于机器人。
7器材这条规则不只是针对机器人,它是针对从调试区带到竞赛区域的所有物品,包括机器人、所有的附加装置,以及所有的策略物体。
这些物品都必须完全使用乐高元件制作,并且所有元件都必须是刚出厂时的状态(导线和软管可以剪成需要的长度)。
并且每次连接到机器人上的电子部件的必须符合下面规定的数量:高非电子原件的数量、种类以及来源没有限制。
可以使用发条/回力马达,气泵。
除了在机器人的隐藏位置用于辨别身份的标记物,不允许使用不干胶,油漆,胶带,胶水,油等等。
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:北华航天工业学院队伍名称:飞凡队参赛队员:陈星赤马路遥苑召雄带队教师:李宗睿王喜斌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:陈星赤马路遥苑召雄带队教师签名:李宗睿王喜斌日期:2013-8-13目录第一章、引言 (6)1.1飞思卡尔智能汽车比赛介绍 (6)1.1.1飞思卡尔智能汽车竞赛简介 (7)1.1.2比赛规则介绍 (7)第二章、系统总体方案原理及设计......................................................... - 9 -2.1 两轮自平衡智能车整体框架 ......................................................... - 21 -2.2自平衡直立行走控制三大模块 ..................................................... - 21 -2.3 车模平衡控制 ................................................................................. - 11 -2.3.1 车模直立控制原理 ..................................................................... - 11 -2.3.2车模倾角测量原理 ...................................................................... - 14 -2.4 车模速度控制 ................................................................................. - 17 -2.5 车模方向控制 ................................................................................. - 18 -2.6 车模直立行走控制算法总图 ......................................................... - 19 -2.7 PID控制原理.................................................................................. - 21 -第三章、车模硬件电路设计 ................................................................. - 23 -3.1 整体电路框图 ................................................................................. - 23 -3.2 ARM Cortex M4-飞思卡尔K60介绍与单片机最小系统 ............ - 24 -3.3 电源模块 ......................................................................................... - 24 -3.4电机驱动模块 .................................................................................. - 25 -3.5键盘及液晶显示 .............................................................................. - 26 -第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告3.6角速度及倾角测量模块 .................................................................. - 27 -3.7循迹传感器线性CCD电路 .............................................................. - 30 -3.7.1线性CCD原理 ........................................................................... - 27 -3.7.1循迹传感器线性CCD接口电路 ............................................... - 27 -3.8测速电路 .......................................................................................... - 30 -第四章、机械机构设计及调整.............................................................. - 36 -4.1 车模简介 ......................................................................................... - 32 -4.2 硬件安装 ......................................................................................... - 33 -第五章、软件编写与调试..................................................................... - 36 -5.1 核心算法框架 ................................................................................. - 36 -5.2算法及其实现 .................................................................................. - 39 -5.2.1 初始化程序 ......................................................................... - 39 -5.2.2 传感器采集算法 ................................................................. - 39 -5.2.3 直立控制算法 ..................................................................... - 42 -5.2.4 方向控制算法 ..................................................................... - 43 -5.2.5 速度控制算法 ..................................................................... - 46 -5.2.6电机驱动信号汇总程序 ...................................................... - 48 -5.3 系统的开发环境与车模参数调试 ................................................. - 50 -5.4 现场运行测试 ................................................................................. - 55 -第六章、车模的主要技术参数说明....................................................... - 56 -6.1 智能车参数 ..................................................................................... - 56 -结论 ..................................................................................................... - 57 -目录参考文献.............................................................................................. - 58 -附录第一章引言1.1飞思卡尔智能汽车比赛介绍1.1.1飞思卡尔智能汽车竞赛简介飞思卡尔公司开发嵌入式解决方案的历史可追溯到50多年前,现在,已发展成为在20多个国家设有业务机构,拥有 20,000多名员工的实力强大的独立企业。
第八届全国大学生“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模技术报告。
大赛根据道路检测方案不同分为电磁、光电平衡与摄像头三个赛题组。
使用四轮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;使用四轮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;使用指定两轮车模保持车体直立行走的车模属于平衡组。
竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分(省)赛区比赛以及全国总决赛,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.电机RN-260各赛题组车模运行规则:(a) 电磁组:四轮车模正常运行。
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,如图1所示:车模运行方向动力轮转向轮图1电四轮车模运行模式(b) 摄像头组:车模反方向运行。
车模使用B型车模。
车模运行方向为:动力轮在前,转向轮在后,如图2所示:动力轮转向轮车模运行方向图 2摄车模运行模式(3) 光电平衡组:车模直立行走。
使用D 型车模。
车模运行时只允许动力轮着地,车模直立行走。
车模运行方向应按照图3所示:D 车模动力轮车模运行方向注意:车模需要按照图示的方向运行。
图 3光平衡组车模运行模式● 细节及改动限制见附件一。
2. 须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位处理器作为唯一的微控制器。
● 有关细节及其它电子器件使用的限制见附件二;3. 三个赛题组使用传感器限制:● 参加电磁赛题组不允许使用光学传感器获得道路的光学信息,但是可以使用光电码盘测量车速;● 参加光电平衡组的车模可以使用光电传感器、指定型号的线性CCD 传感器进行道路检测,禁止使用激光传感器。
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:华中科技大学队伍名称:华中科技大学光电一队参赛队员: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:I目录第1章引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 概述 (2)1.3 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 (7)2.4 编码器 (8)2.5 陀螺仪和加速度计 (9)2.6 线性CCD (13)第3章机械设计 (15)3.1 车模的主要参数 (15)3.2 电池的固定 (16)3.3 编码器的安装 (17)第4章软件设计 (18)4.1 程序整体框架 (18)4.2 系统分析 (18)4.3 前台系统 (22)4.4 后台系统 (22)4.5 软件详细设计 (22)第5章调试 (28)5.1 信号调试 (28)5.2 巡线调试 (28)5.3 速度调试 (29)5.4 调试平台 (29)第6章K60的简介 (30)6.1 Kinetis系列 (30)6.2 K60开发环境和流程 (33)第7章全文总结 (35)7.1 智能车主要技术参数 (35)7.2 不足与改进 (35)7.3 致谢与总结 (36)参考文献 (37)附录A 源代码 (38)第1章引言1.1 研究背景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、结构设计等四大竞赛的基础上,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。
飞思卡尔智能车大赛目录起源:1比赛规则:一、器材限制规定1二、有关赛场的规定1三、裁判及技术评判1四、分赛区、决赛区比赛规则1五. 其他1历届承办学校展开起源:“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。
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16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,在获得决赛资格后,参加全国决赛区的场地比赛。
飞思卡尔智能车竞赛设计方案清晨的阳光透过窗帘,洒在书桌上那厚厚一摞方案草稿上。
我泡了杯咖啡,打开电脑,准备着手写这个“飞思卡尔智能车竞赛设计方案”。
10年的方案写作经验告诉我,这是一个充满挑战的任务,但也是展示自己才华的舞台。
一、项目背景飞思卡尔智能车竞赛是一场针对大学生的科技竞赛,旨在培养创新精神和实践能力。
参赛队伍需要设计一款智能车,通过传感器、控制器、执行器等部件,使车辆在规定的赛道上自主行驶,完成各种任务。
这场比赛既考验技术,也考验团队协作。
二、设计方案1.车辆整体设计车辆整体设计要兼顾美观、实用和稳定性。
外观上,我们采用流线型设计,减少空气阻力;内部结构紧凑,降低重心,提高稳定性。
车辆尺寸符合比赛规定,确保在赛道上行驶自如。
2.传感器配置(1)激光雷达:用于实时获取车辆周围环境信息,绘制三维地图。
(2)摄像头:用于识别赛道标志、障碍物等。
(3)超声波传感器:用于检测前方障碍物距离,避免碰撞。
(4)红外传感器:用于检测赛道边缘,防止车辆出轨。
3.控制器设计(1)路径规划:根据传感器信息,实时规划车辆行驶路径。
(2)速度控制:根据赛道状况,调整车速,确保稳定行驶。
(3)避障策略:当检测到前方有障碍物时,及时调整行驶方向。
4.执行器设计(1)电机驱动:驱动车辆前进、后退、转向。
(2)舵机:用于调整摄像头角度,获取更多赛道信息。
(3)电磁阀:用于控制车辆制动。
三、团队协作一个优秀的团队是项目成功的关键。
我们团队成员各司其职,密切配合:1.项目经理:负责整体进度把控,协调各方资源。
2.硬件工程师:负责车辆整体设计和传感器、执行器选型。
3.软件工程师:负责控制器设计和程序编写。
4.测试工程师:负责车辆调试和性能测试。
四、项目实施1.初期准备:收集比赛相关信息,了解赛道状况,确定设计方案。
2.设计阶段:根据设计方案,绘制图纸,选型采购。
3.制作阶段:组装车辆,调试传感器、控制器和执行器。
4.测试阶段:进行多次试验,优化控制策略,提高车辆性能。
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:长春理工大学队伍名称:雷霆队参赛队员:韩邦强刘轩饶杨海带队教师:王頔冯涛第八届全国大学生智能汽车邀请赛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邀请赛有关保留、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:目录引言 (2)第一章绪论 (3)1.1智能车竞赛背景 (3)1.2智能车比赛意义 (3)1.3本文的主要内容及安排 (4)第二章设计原理 (5)第三章整体方案设计 (6)3.1 系统总体方案的选定 (6)3.2设计构思 (7)第四章智能车硬件部分 (9)4.1路径检测传感器设计 (9)4.2速度检测传感器设计 (10)4.2.1速度检测传感器选择与安装 (10)4.3平衡传感器设计 (13)4.4 MCU控制模块 (14)4.5驱动模块设计 (16)4.6电源模块设计 (17)第五章智能车软件部分 (19)5.1 智能车控制系统总体方案 (19)5.2 整体程序流程图 (19)5.3 路径识别模块软件设计 (20)5.4 转向控制策略细述 (21)5.5 智能车电机控制算法 (21)第六章系统调试 (24)6.1开发工具及系统调试 (24)6.2在线调试 (25)第七章赛车主要技术参数 (26)第八章总结 (27)参考文献 (28)附录A 部分源程序代码 (I)第八届全国大学生智能汽车邀请赛引言该智能寻迹小车以MK60N512MD100单片机最小系统为核心,辅以电源模块、传感器模块、电机控制模块、速度控制模块和运行调试模块。
以往的光电小车通过光电对管传感器采集赛道信息,存在道路识别困难,提取的道路分辨率低,光电对管安装困难等诸多问题。
第八届全国大学生“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模技术报告。
大赛根据道路检测方案不同分为电磁、光电平衡与摄像头三个赛题组。
使用四轮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;使用四轮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;使用指定两轮车模保持车体直立行走的车模属于平衡组。
竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分(省)赛区比赛以及全国总决赛,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.电机RN-260各赛题组车模运行规则:(a) 电磁组:四轮车模正常运行。
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,如图1所示:车模运行方向动力轮转向轮图1电四轮车模运行模式(b) 摄像头组:车模反方向运行。
车模使用B型车模。
车模运行方向为:动力轮在前,转向轮在后,如图2所示:动力轮转向轮车模运行方向图 2摄车模运行模式(3) 光电平衡组:车模直立行走。
使用D 型车模。
车模运行时只允许动力轮着地,车模直立行走。
车模运行方向应按照图3所示:D 车模动力轮车模运行方向注意:车模需要按照图示的方向运行。
图 3光平衡组车模运行模式● 细节及改动限制见附件一。
2. 须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位处理器作为唯一的微控制器。
● 有关细节及其它电子器件使用的限制见附件二;3. 三个赛题组使用传感器限制:● 参加电磁赛题组不允许使用光学传感器获得道路的光学信息,但是可以使用光电码盘测量车速;● 参加光电平衡组的车模可以使用光电传感器、指定型号的线性CCD 传感器进行道路检测,禁止使用激光传感器。
光电平衡组若采用线性CCD ,需使用Texas Advanced Optoelectronic Solution 公司的TSL1401系列的线性CC D ,如下图所示:图4线阵CCD型号●参加摄像头赛题组可以使用光电管作为辅助检测手段;●非电磁组的赛道没有电磁信号;4. 其他事项●如果车模中禁止改动的部件发生损坏,需要使用相同型号的部件替换;●摄像头组车模改装完毕后,车模尺寸不能超过:250mm 宽和400mm长。
电磁组车模改装完毕后,车模尺寸宽度不超过250mm,长度没有限制。
二、有关赛场的规定1. 赛道基本参数(不包括拐弯点数、位置以及整体布局)见附件三;2. 比赛赛道实际布局将在比赛当日揭示,在赛场内将安排采用与制作实际赛道相同的材料所做的测试赛道供参赛队进行现场调试;三、裁判及技术评判竞赛分为分赛区(省赛区)和全国总决赛两个阶段。
其中,全国总决赛阶段是在全国竞赛组委会秘书处指导下,与决赛承办学校共同成立竞赛执行委员会,下辖技术组、裁判组和仲裁委员会,统一处理竞赛过程中遇到的各类问题。
全国和分赛区(省赛区)竞赛组织委员会工作人员,包括技术评判组、现场裁判组和仲裁组成员均不得在现场比赛期间参与任何针对个别参赛队的指导或辅导工作,不得泄露任何有失公允竞赛的信息。
在现场比赛的时候,组委会可以聘请参赛队伍带队教师作为车模检查监督人员。
在分赛区(省赛区)阶段中,裁判以及技术评判由各分赛区(省赛区)组委会参照上述决赛阶段组织原则实施。
四、分赛区、总决赛比赛规则分赛区和总决赛的比赛规则相同,都具有电磁组、光电平衡组和摄像头组三各赛题组比赛。
三个赛题组比赛原则上在同一个场馆同时进行,所遵循的比赛规则也基本相同的。
三个赛题组分别独立进行成绩排名。
分赛区和总决赛的现场比赛均包括初赛与决赛两个阶段。
下面列出的现场预赛、决赛阶段的比赛规则适用于各分赛区及总决赛的三个赛题组。
1.初赛与决赛规则1) 初赛阶段规则i.比赛场中有三条赛道。
ii.参赛队根据比赛题目分为三个组,并以抽签形式决定组内比赛次序。
iii.比赛分为两轮,三个赛题组同时在三个赛道上进行比赛,每支参赛队伍可以在每轮比赛之前有10分钟的现场调整时间。
在此期间,参赛队伍只允许对赛车的硬件(不包括微控制器芯片)进行调整。
第二轮比赛在同一赛道沿逆向进行。
iv.在每轮比赛中,选手首先将赛车放置在起跑区域内赛道上,赛车至少静止两秒钟后自动启动。
光电平衡组车模需要等选手离开车模至少两秒钟后自动启动运行,在此期间车模必须停留在起跑线后一米的起跑区内。
v.每辆赛车在赛道上跑一圈,以计时起始线为计时点,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,如果没有停止在规定的区域内,比赛计时成绩增加1秒。
电磁组和摄像头组的车模停止时至少保证有三个车轮接触赛道,光电平衡组需要保证两个车轮接触赛道。
光电平衡组车模停止运行时不要求保持平衡直立状态,可以倾斜在赛道上。
vi.每辆赛车以在两个单轮成绩中较好的一个作为赛车最终初赛成绩;计时由电子计时器完成并实时显示。
vii.根据参赛队伍数量,由比赛组委会根据成绩选取一定比例的队伍晋级决赛。
viii.晋级决赛的赛车在决赛前有10分钟的调整时间。
在此期间,参赛队伍只允许对赛车的硬件(不包括微控制器芯片)进行调整。
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)立即取消决赛资格,由后备首名晋级代替。
ix.由裁判组申报组织委员会批准公布决赛名单。
x.全部车模在整个比赛期间都统一放置在车模的展示区内。
2)决赛阶段规则i.参加决赛队伍按照预赛成绩进行排序,比赛顺序按照预赛成绩的倒序进行。
ii.决赛的比赛场地使用一个赛道。
决赛赛道与预赛赛道形状不同,占地面积会增大,赛道长度会增加。
电磁组可能另外单独铺设跑道。
iii.每支决赛队伍只有一次比赛机会,在跑道上跑一圈,比赛过程与要求同预赛阶段。
iv.计时由电子计时器完成并实时显示。
v.预赛成绩不记入决赛成绩,只决定决赛比赛顺序。
没有参加决赛阶段比赛的队伍,预赛成绩为最终成绩,参加该赛题组的排名。
2.比赛过程规则按照比赛顺序,裁判员指挥参赛队伍顺序进入场地比赛。
同一时刻,一个场地上只有一支队伍进行比赛。
在裁判员点名后,每队指定一名队员持赛车进入比赛场地。
参赛选手有60秒的现场准备时间。
准备好后,裁判员宣布比赛开始,选手将赛车放置在起跑区内,即赛车的任何一部分都不能超过计时起始线。
赛车应在起跑区静止两秒钟以上,然后自动出发。
赛车应该在30秒之内离开出发区,沿着赛道跑完一圈。
由计时起始线传感器进行自动计时。
赛车跑完一圈且自动停止后,选手拿起赛车离开场地,将赛车放置回指定区域。
如果比赛完成,由计算机评分系统自动给出比赛成绩。
3.比赛犯规与失败规则比赛过程中,由比赛现场主裁判根据统一的规则对于赛车是否冲出跑道进行裁定。
赛车前两次冲出跑道时,由裁判员取出赛车交给比赛队员,立即在起跑区重新开始比赛。
选手也可以在赛车冲出跑道后放弃比赛。
比赛过程中出现下面的情况,算作模型车冲出跑道一次。
●裁判点名后,30秒之内,参赛队没有能够进入比赛场地并做好比赛准备;●比赛开始后,赛车在30秒之内没有离开出发区;●赛车在离开出发区之后60秒之内没有跑完一圈;比赛过程中如果出现有如下一种情况,判为比赛失败:●赛车冲出跑道的次数超过两次;●比赛开始后未经裁判允许,选手接触赛车;●决赛后,赛车没有通过现场技术检验。
如果比赛失败,则不计成绩。
比赛禁止事项:●不允许在赛车之外安装辅助照明设备及其它辅助传感器等;●选手进入比赛场地后,除了可以更换电池之外,不允许进行任何硬件电路和软件的更换。
但是可以手工改动电路板上的拨码开关或者电位器等;●比赛场地内,除了裁判与1名队员之外,不允许任何其他参赛人员进入场地;●不允许其它干扰赛车运动的行为;●不允许赛车的任何传感器或者部件损毁跑道;●不允许车模设计方案抄袭,各个参赛队伍所设计的硬软件需要相互之间有明显的不同。
4.比赛组织说明:1)现场正式比赛前,每个参赛队伍都有现场环境适应性调试阶段。
调试跑道与比赛跑道形状不一定一样。
2)比赛开赛之前,所有车模都由比赛组委会收集并存放在同一保管区域,直到比赛结束。
3)在比赛期间,大赛组委会技术组将根据情况对参赛车模进行技术检查。
如果违反了比赛规则的禁止事项,大赛组委会有权取消参赛队伍的成绩。
五. 其他1. 比赛过程中有其他作弊行为的,取消比赛成绩;2. 参加预赛并晋级决赛的队伍人员不允许改变;3. 参加全国总决赛的队伍中的队员最多只允许改变一名队员。
3. 本规则解释权归比赛组织委员会和竞赛秘书处所有。
第八届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛组织委员会全国大学生智能汽车竞赛秘书处2012年10月14附件一:智能竞赛车模的规定1)禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎;如有必要可以对于车模中的零部件进行适当删减。
2)禁止采用其它型号的驱动电机,禁止改动驱动电机的传动比;3)禁止改造车模运动传动结构;4)禁止改动舵机,但可以更改舵机输出轴上连接件;5)禁止改动驱动电机以及电池,车模前进动力必须来源于车模本身直流电机及电池;6)禁止增加车模地面支撑装置。
在车模静止、动态运行过程中,只允许车模原有四个车轮对车模起到支撑作用。
对于光电平衡组,车模直立行走,在比赛过程中,只允许原有车模两个后轮对车模起到支撑作用。
7)为了安装电路、传感器等,允许在底盘上打孔或安装辅助支架等。
附件二:电路器件及电路制作限制1)本着进一步限制克隆车的原则,同一组别不同队伍之间需要采用飞思卡尔不同系列的微控制器,以从软件设计上避免克隆车问题。
2)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;DSC系列;16位微控制器,8位微控制系列系列。
3)核心控制模块可以采用组委会提供的K10、9S12XS128,也可以选用2)中所述飞思卡尔公司微控制器自制控制电路板。
每台车模除了8位微控制系列可以允许同时使用两片之外,其它系列的微控制器则只能使用一片。
4)除了上述规定的微控制器之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件;5)伺服电机数量不超过3个。
除了原车模配置的转向舵机之外,新增加的舵机的型号必须是由广东博思公司提供的舵机FUTABA3010或者由北京科宇通博科技有限公司提供的S-D5舵机。
6)传感器数量不超过16个:光电传感器接受单元计为1个传感器,发射单元不计算;CCD传感器计为1个传感器;磁场传感器在同一位置可以有不同方向传感器,计为一个传感器。