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第八届飞思卡尔智能汽车竞赛电磁组 山东大学(威海)追风队技术报告

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摘要 该智能寻迹小车在硬件上采用体积小、灵敏度高的工字电感为传感器，以 MCF52255 单片机最小系统为核心，与电源模块、传感器处理放大模块、舵机控 制模块、电机控制模块、速度控制模块和运行调试模块相互配合，通过感应由赛 道中心电线产生的交变磁场进行路径检测而传感器。软件上利用单片机，通过转 向控制策略与增量式 PID 算法控制驱动电机速度与舵机转角，实现小车的循迹。 同时通过调整机械结构降低小车的重心、优化前轮机械结构参数，使小车的制动 性、稳定性与行进速度达到最优。 关键词：智能汽车 路径识别与检测 MCF52255 电磁
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：山东大学威海分校 队伍名称：追风队 参赛队员：刘春泽 王李峰 张甜 带队教师：王小利 郑亚民
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： 带队教师签名： 日 期：
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目录 摘要................................................................................................................................ 2 第一章 引言.................................................................................................................. 1 1.1 概述 ................................................................................................................. 1 第二章 整体方案设计................................................................................................ 2 2.1 设计思路 ........................................................................................................ 2 第三章 机械及硬件电路设计...................................................................................... 3 3.1 机械设计 ........................................................................................................ 3 3.1.1 前轮调整和舵机安装 .......................................................................... 3 3.1.2 舵机安装 .............................................................................................. 4 3.1.3 后轮差速调整 ...................................................................................... 5 3.1.4 防静电设计 .......................................................................................... 6 3.1.4 车体重心调整 ...................................................................................... 6 3.1.5 传感器支架 .......................................................................................... 6 3.1.5 车模改装后整体效果图 ...................................................................... 7 3.2 硬件电路设计 ................................................................................................ 7 3.2.1 电磁传感器和检波器的设计 ............................................................. 8 3.2.2 单片机最小系统 ................................................................................ 11 3.2.3 系统主板设计 .................................................................................... 12 3.2.4 电源模块 ............................................................................................ 13 3.2.5 速度控制模块 .................................................................................... 13 3.2.6 舵机控制模块 .................................................................................... 14 3.2.7 运行调试 ............................................................................................ 14 第四章 软件设计说明................................................................................................ 16 4.1 总体思路： ................................................................................................... 16 4.2 初始化 ........................................................................................................... 16 4.2.1 PWM 模块初始化 .............................................................................. 16 4.2.2 A/D 模块初始化 ................................................................................. 18 4.3 循迹子程序设计 ........................................................................................... 21 4.4 舵机打角子程序设计 ................................................................................... 21 4.5 速度控制子程序设计 ................................................................................... 21 4.5.1 速度决策 ............................................................................................ 21 4.5.2 速度反馈 ............................................................................................ 21 4.6 控制算法 ....................................................................................................... 22 4.6.1 PID 控制 .............................................................................................. 22 4.6.2 模糊控制 ............................................................................................ 24 4.6.3 总结 .................................................................................................... 24 4.7 软件系统设计及实现 ................................................................................... 24 第五章 系统调试........................................................................................................ 26 第六章 车辆主要参数................................................................................................ 27 第七章 总结.................................................................................................................. 1 3

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中国石油大学(华东)(摄像头)-逐魂者队技术报告

中国石油大学(华东)(摄像头)-逐魂者队技术报告

图3-3DC-DC升压电路（7.2V转12V）
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舵机SD-5的工作电压只能在5.5V以下，正常工作电流为200mA，具有堵转保护功能，堵转电流为800mA，舵机在堵转后3s开始启用保护功能，降低电流，保护马达和电板。考虑到舵机的堵转问题，本电路采用两片LM2940芯片搭建两个5V稳压电路。利用一个稳压电路专门用于舵机SD-5供电，另一个5V稳压电路则用于给液晶、蓝牙、拨码开关等其他外设及芯片的供电。
图3-1. K60模块结构图
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稳定的电源对于一个控制系统而言至关重要，电源的稳定性关系到系统能否正常工作。系统中各个电路模块所需的工作电流和工作电压各不相同，因此设计了多种稳压电路，将7.2V电池电压转换为各个模块所需的电压。在设计智能车系统时为各个功能模块配置了稳定、合适的电源并在电路的设计上要避免不同电源之间、相同电源不同模块之间的干扰，从而保证整个系统的稳定运行。
图3-4LM2940稳压电路（7.2V转5V）
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电机驱动电路对于智能车的速度控制有着至关重要的作用，较好的制动能力和加速对于提高小车的速度有着很大的帮助。电机的速度与施加在电机上的电压成正比，输出转矩与电机的电流成正比。因为在智能车行驶过程中要改变直流电机的转速，采用一个PWM（脉宽调制）方波，施加在直流电机上的PWM波的占空比对应着智能车所需的速度，电机起到一个低通滤波器的作用，将PWM信号转换为有效的直流电平。PWM信号可以由K60单片机产生，用精准的脉冲宽度可以调节直流电机的转速，并且要优化PWM信号的频率，以防止电机抖动。更换直流电机的电流方向，可以控制直流电机的转动方向。
（3）后轮外倾
智能车的稳定性和抓地力与后轮外倾角有关，通过调整后悬挂长柄万向节上的拉杆的长度来改变后轮的外倾角；也可通过改变后悬挂长柄万向节车身一端的固定位置来获得不同的外倾角。
飞思卡尔智能车总结模版（2篇）

飞思卡尔智能车总结模版（2篇）

飞思卡尔智能车总结模版脚踏实地艰苦风斗我有幸能够参加____年全国点学生飞思____智能车竞赛，在这次竞赛中我们学到了很多，有专业方面的知识，比如单片机，各类传感器，不同芯片间的通信等等，也学会了一些书本上没有的东西，比如团队合作，如何网上购买到好的元器件，如何布局pcb板上各个元器件的位置等。

为了这次比赛，学校提前好久就开始准备了。

只是我们的课程比较多，平时去实验室的机会不是很多，为此我们也很伤脑筋。

终于等到寒假了，我们几个全身心的投入到这次比赛的准备中。

每天早上起来买点早餐就直奔实验室，白天动手做下硬件，晚上回到宿舍在就看下理论，联系编程。

这样的日子我们一点都没有感觉到累，每天都希望自己会学到更懂得东西，好似饿了许久的动物，得到了食物一般。

每天感觉都那么充实，想想大学里前两年学到的东西还没有那个寒假学到的东西多。

寒假里我们把历届的技术报告都看了看，这期间学到不少东西，尤其是对各类元器件的认识及使用。

真是受益匪浅。

接下来就是一些以前失败的经验，希望能有所参考。

比赛前在不注重实际赛道和自己练习赛道的区别，赛道一变，以前调试的结果都将无效。

所以，谨记一点，一定要吧硬件做好，比赛前一定好好利用好试车时间，多注意自己的赛道和比赛的赛道的区别，注意摩擦程度，光线的亮暗，空气的潮湿程度等。

其次是传感器的____，这次我们选用的是激光做传感器。

这个传感器相比其它传感器有很多优点，比光电的射的远，而且稳定性高，但是激光的很贵，所以提前一定要看好电路图，____一定要够稳固，不然后期传感器坏起来就头疼了。

我们以前有好多关键时刻传感器出问题失败的例子，不胜枚举，经验惨痛。

如果____不好，系统不够稳定，导致在比赛失败，而且平时调试浪费了好多宝贵的调试时间。

这一点，谨记，硬件固定一定要牢固。

其次是装配，各个模块间的连接线固定不牢靠。

使得导线接触不良，导致小车参赛时好几次冲出跑道(其中一个传感器的输入信号接触不良造成的)。

第八届飞思卡尔智能车竞赛摄像头组哈工大(威海)技术报告

第八届飞思卡尔智能车竞赛摄像头组哈工大(威海)技术报告

PTB0：舵机角度控制脉冲输出
PTD4-5：电机速度控制脉冲输出
PTB18-19：测速编码器脉冲输入
PTE25,PTA17：视频中断信号输入
PTD6-7：串口通讯输出
3.2.
本系统中电源稳压电路有五路，有三路为+5V稳压电路，一路为+12V升压电路，另一路为+3.3V稳压电路。其中，+12V升压电路为CCD摄像头供电，三路+5V稳压电路分别为功能板内芯片、测速编码器和无线传输供电。为了提高最小系统部分的稳定性，我们采用三个+5V稳压电路分别供电，一路+3.3V稳压电路对最小系统板供电。
2、我们采用技术成熟的mos管作为电机的驱动芯片，它具有内阻小、转换效率高等特点。
简单性是指在满足了稳定性、高效性的前提下，为了尽量减轻整车重量，降低车体重心位置，应使电路设计尽量简单，尽量减少元器件的使用数量，缩小电路板面积，使电路板安装于车底盘上面。
3.2
整车的电路系统分为四个部：K60为核心的最小系统板、功能板和驱动板。功能板包括信号采集和处理、片外AD转换、数码管显示、串口输出等功能。
2.4
由于全国决赛时赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路。所以摄像头安装不能非常的低，因为假如摄像头太低将会导致在上坡时赛车丢失道路信息，但是随着摄像头安装位置的提高，在高速过弯时则所需向心力比较大，同时由于惯性则车很容易向一侧翻倒。为了避免这类事情的发生，我们把车的后轮底盘放低，采用的方法是在前轴加装垫片，后轴的放低也是采用组办方提供的轴承，从而降低整车的重心，防止车翻倒。但是后轮的底盘高度不能太低，我们只加了一个半垫片，这是为了使车能顺利的上坡而不至于由于底盘过擦到赛道。
后轮前束是后轮前端向内倾斜的程度，当两轮的前端距离小后端距离大时为内八字，前端距离大后端距离小为外八字。由于后轮外倾使轮子滚动时类似与圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。但由于拉杆的作用使车轮不可能向外滚开，车轮会出现边滚变向内划的现象，从而增加了轮胎的磨损。后轮外八字与后轮外倾搭配，一方面可以抵消后轮外倾的负作用，另一方面由于赛车前进时车轮由于惯性自然的向内倾斜，外八字可以抵消其向内倾斜的趋势。外八字还可以使转向时靠近弯道内侧的轮胎比靠近弯道外侧的轮胎的转向程度更大，则使内轮胎比外轮胎的转弯半径小，有利与转向。但是，如果后轮调成了内倾角，则选用内八字比较好，因为这样两者刚好抵消，因此在调车我们选用了内倾加前束，效果还是很好的。
智能车电磁组技术报告-图文

智能车电磁组技术报告-图文

智能车电磁组技术报告-图文第八届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛技术报告目录摘要 ...................................................... ........................................................ 错误！未定义书签。

目录 ...................................................... ......................................................... ............................... II 第一章引言 ...................................................... ......................................................... (1)1.1 比赛背景介绍 ...................................................... ......................................................... .. 1 1.2 本文章节安排及文献综述 ...................................................... ....................................... 1 第二章方案选择 ...................................................... ......................................................... (1)2.1系统组成模型及控制算法 ...................................................... . (1)2.1.1 系统结构与模型 ...................................................... ........................................... 1 2.1.2模糊PID控制器设计 ...................................................... .................................... 2 2.2 测量模块方案选择 ...................................................... (3)2.2.1 路径检测模块 ...................................................... ............................................... 3 2.2.2 速度检测模块 ...................................................... ............................................... 3 2.2.3起跑线检测模块 ...................................................... ........................................... 3 2.3 控制模块方案选择 ...................................................... (4)2.3.1 路径控制模块 ...................................................... ............................................... 4 2.3.2 速度控制模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4 执行模块方案选择 ...................................................... (7)2.4.1 路径执行模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4.2 方向执行模块 ...................................................... ............................................... 7 2.4.3 速度执行模............................................... 7 2.5本章小结 ...................................................... ......................................................... ........... 8 第三章机械结构设计 ...................................................... ......................................................... . (9)3.1 智能车参数要求 ...................................................... . (9)3.2 车模组装与改造 ...................................................... . (9)3.2.1 车模组装 ...................................................... . (9)3.2.2 前轮定位的调整 ...................................................... ........................................... 9 3.2.3 差速的调 (10)3.2.4 舵机力臂的调整 ...................................................... ......................................... 10 3.3 电感线圈的安装 ...................................................... (11)3.4光电编码器的安装 ...................................................... .................................................. 12 3.5 电路板的固定与安装 ...................................................... ............................................. 12 3.6 车模技术参数 ...................................................... .........................................................13 第四章硬件系统设计与实现 ...................................................... .. (14)4.1 电源模块 ...................................................... (14)4.1.1 电源保护 ...................................................... .. (15)4.1.2 降压稳压电路设计一 ...................................................... (15)II4.1.3 降压稳压电路设计二 ...................................................... ................................. 16 4.1.4 电源模块小结 ...................................................... ............................................. 16 4.2 路径识别模块 ...................................................... .........................................................17 4.3 电机模块 ...................................................... ......................................................... ........ 18 4.4 舵机模块 .............................................................. 19 4.5 测速传感器模块 ...................................................... .. (19)第五章软件系统设计与实现 ...................................................... .. (20)5.1 系统初始化 ...................................................... ......................................................... .... 20 5.2路径识别算法分析及选定 ...................................................... ...................................... 20 5.3基于电感线圈排布理论分析 ...................................................... .................................. 21 5.4电感线圈传感器接收防干扰算法....................................................... .. (24)5.4.1结构化赛道导线之间干扰的消减: ..................................................... ................ 24 5.4.2电感线圈传感器之间的干扰的消................. 24 5.4.3车子上工作的PWM信号和电机工作时产生的磁场对电感线圈干扰的消减 .............. 24 5.5 舵机控制算法 ...................................................... .........................................................255.5.1车体与舵机转角方向测定....................................................... .......................... 25 5.5.2舵机转向角度分配 ...................................................... ...................................... 26 5.5.3舵机PID整定 ...................................................... .............................................. 26 5.6电机PID速度控制算法 ...................................................... (26)5.6.1测试开环与闭环控制响应曲线 ...................................................... ................... 27 5.6.2测试开环控制下PWM占空比与电机转速之间的关系 . (28)5.6.3 bang_bang 控......................................... 29 5.6.4 PID控制 ...................................................... (31)5.6.5 PID参数整定 ...................................................... .............................................. 32 5.6.6速度分配 ...................................................... (32)第六章开发与调试 ...................................................... ......................................................... (34)6.1 软件开发环境介绍 ...................................................... ................................................. 34 6.2 智能车整体调试 ...................................................... .. (35)6.2.1 舵机调试 ......................................................6.2.2 电机调试 ...................................................... .. (35)6.2.3 整体调试 ...................................................... .. (36)III第一章引言1.1 比赛背景介绍1.2 本文章节安排及文献综述本文系统的介绍了制作智能模型车的各项技术。