基于飞思卡尔16位单片机智能小车设计Word下载.docx

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提交日期：

2010年3月

目录

中文摘要：

3

Abstract：

4

第一章绪论5

1.1智能汽车赛事概况5

1.2课题研究现状5

1.3本课题的研究内容6

第二章智能车系统总体概述7

2.1智能车系统组成7

2.2系统各模块的主要功能7

2.3系统的主要特点7

第三章智能车机械调整9

3.1传感器的选择方案、布局与安装9

3.1.1传感器选择9

3.1.2传感器布局和安装9

3.2舵机的安装9

3.3前轮的调整9

3.4核心板的安装10

3.5测速传感器的安装10

第四章硬件电路的设计11

4.1核心板I/O口分配电路设计11

4.2电源模块电路设计12

4.3直流驱动电机控制电路设计13

4.4传感器电路设计14

第五章智能车软件设计16

5.1系统软件流程图16

5.2系统的初始化设置17

5.2.1时钟模块17

5.2.2PWM模块17

5.2.3ECT模块18

5.3速度检测模块软件设计18

5.4车体控制算法18

5.4.1PID控制算法18

5.4.2转向舵机的PD控制20

5.4.3行进电机的PID控制21

总结22

参考文献23

附录A实物图25

附录B原理图26

附录CPCB图27

指导老师：

郭一军

（黄山学院信息工程学院，黄山，安徽245041）

随着汽车电子和机器人智能技术的发展，智能车已经成为自动控制领域内的一个研究热点。

智能汽车是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，集中的运用到了自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等众多学科，是典型的高新技术综合体，具有重要的军用及民用价值。

本文讲述了以FREESCALE的MC9S12XS128为微处理器设计出一种能自动寻迹的智能小车。

本文着重阐述了道路信息的获取,处理和识别过程,并设计出PID控制器，运用有效的控制算法对智能小车进行控制,使智能小车能准确快速地对道路进行跟踪。

该系统通过光电传感器获取当前道路信息，通过有效的数字图像处理算法对原始图像进行处理，对主要的有用信息进行分析和提取。

在智能小车运动的控制中,对小车的转向和速度采用PID控制算法,控制表来对智能小车进行转向和速度控制。

关键词：

单片机；

智能汽车；

PID控制算法

BasedonFreescale16-bitmicrocontrollersmartcardesign

Director：

guoyijunAssociateDirector：

（huangshanCollege,China,310053）

Withthedevelopmentofautomotiveelectronicsandintelligentcontroltechnology,intelligentvehiclehasbecometheresearchhotspotsinthefieldofautomaticcontrol.IntelligentVehicleisacomplexsystemintegratedwithasenseofenvironment,planningdecisionandautomaticdriving.Itisatypicalhigh-techcomplexwithimportantmilitaryandcivilianvalue,whichfocusingontheuseoftheautomaticcontrol,patternrecognition,sensortechnology,automotiveelectronics,electrical,computer,machineryandmanyotherdisciplines.ThisarticledescribesthedesignofanautomatictracingsmartcarbasedonthechipofFREESCALEMC9S12XS128.

Thearticlefocusesontheacquisition,processingandrecognitionofthetargetpathinformation.TheFuzzycontrollerusinganeffectivecontrollingalgorithmforintelligentvehiclecontrolmakesthesmartcartracktheroadfastandaccurate.WiththeCCDcamerathesystemobtainsthecurrentroadinformationanddealwiththeoriginalimage,themainusefulanalysisandinformationextractionthrougheffectivedigitalimageprocessingalgorithms.

Accordingtothemotionrulesoftheintelligentvehicle,fuzzycontrolalgorithmandfuzzyPIDalgorithmcanbeappliedtocontrolthesteeringandspeedoftheintelligentvehicleseparately.Fuzzycontrolrulescanbegeneratedaccordingtotherequirementofthepathtracking,whichisfollowedbythegenerationofthefuzzycontroltable,thenthesteeringandmotionspeedoftheintelligentvehiclecanberegulatedafterqueryingthefuzzycontroltableaccordingtothepathinformationwhichisalreadyinquired.

KeyWords：

MCU,SmartCar,PID,

第一章绪论

1.1智能汽车赛事概况

“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，飞思卡尔半导体公司协办的全国性的比赛；

全国大学生智能汽车竞赛是在统一汽车模型平台上，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、设计电机驱动电路、编写相应软件以及装配模型车，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。

与以往的专业竞赛不同，智能汽车竞赛是以快速发展的汽车电子为背景，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新比赛，己经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才提供了重要平台。

1.2课题研究现状

智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。

智能车辆驾驶是一种通用性术语，指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术。

智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能。

智能车辆的研究始于20世纪50年代初，美国BarrettElectronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS）。

1974年，瑞典的VolvoKalmar轿车装配工厂与Schiinder－Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。

由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。

中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003年7月研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。

该自主驾驶轿车在正常交通情况下，在高速公路上行驶的最高稳定速度为130公里/小时，最高峰值速度为170公里/小时，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

轿车自主驾驶的基本原理是仿人驾驶。

车内的环境识别系统识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当于驾驶员的眼睛；

车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前车辆情况以及自身的行驶状态，决定是沿道路前进还是换道准备超车，相当于驾驶员的大脑；

接着，自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学，向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出动作指令，操纵汽车按规划好的路径前进，起到驾驶员的手和脚的作用。

1.3本课题的研究内容

本课题的主要研究内容包括：

1）竞赛用智能赛车系统的总体设计，围绕智能赛车系统要求，从而确定了控制系统的硬件设计和软件设计方案。

2）机械结构的调整与完成，对智能汽车车模进行了结构改造，完成了定位参数的优化、车辆重心位置的调整、转向舵机的力臂的改造以及齿轮传动机构的调整等。

3）控制系统的硬件设计与完成，从电源模块设计开始，完成道路信息采集模块、速度测量模块、驱动控制模块、故障诊断模块及串口模块等的设计。

4）控制系统软件的设计及实现，从单片机的功能入手完成系统各个模块的设计，根据所选用的硬件，完成赛车信息的算法和车体的控制算法。

第2章智能车系统总体概述

2.1智能车系统组成

1．智能车系统的功能模块主要包括:

控制核心（MCU）模块、电源管理模块、路径识别模块、后轮电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度检测模块，LCD数据显示模块以及调试辅助模块。

每个模块都包括硬件和软件两部分。

硬件为系统工作提供硬件实体，软件为系统提供各种算法。

2．在这些模块中，有些模块是小车完成比赛所必须的，如：

控制核心模块（MCU）、电源管理模块、路径识别模块、后轮电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度检测模块。

这些模块是小车系统的核心模块，也是小车取得好成绩的关键所在。

3．小车上的每一个模块，无论是核心模块还是辅助模块，其制作过程中都包括以下几个步骤：

查阅资料，科学的论证，电路制作，软件编程，最后经过实践检验才一完成的。

4．为了使智能车能够快速行驶，单片机必须把路径的迅速判断、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。

如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向伺服电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；

如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。

2.2系统各模块的主要功能

●控制核心模块（MCU）：

使用Freesale16位单片机MC9S12XS128，主要功能是完成采集信号的处理和控制信号的输出。

●路径