菲斯卡尔智能车Word格式文档下载.docx
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1.1.1研究背景
1953年，美国BarrettElectric公司制造了世界上第1台采纳埋线电磁感应方式跟踪途径的自动导向车，也被称作“无人驾驶牵引车”。
在最近的10-15年里，各类新型AGV（AutomaticGuidedVehicle）被普遍地应用于各个领域。
单元式AGV要紧用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线。
例如，自动导向叉车用于仓贮货物的自动装卸和搬运；
小型载货式AGV用于办公室信件的自动分发和电子行业的装配平台。
除此之外，AGV还用于搬运体积和重量都专门大的物品，尤其是在汽车制造进程顶用多个载货平台式AGV组成移动式输送线，组成整车柔性装配生产线。
最近，小型AGV应用更为普遍，而且以长距离不复杂的途径计划为主。
AGV从仅由大公司应用，正向小公司单台应用转变，而且其效率和效益更好。
至此显现了智能车的概念。
城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。
但是，目前世界上许多大城市都面临着由私人汽车过度利用而带来的诸多问题，例如道路堵塞、停车困难、能源消耗、噪声污染和环境污染等，这些问题严峻降低了城市生活的质量。
优先进展城市公共交通是提高交通资源利用效率，减缓交通拥堵的重要手腕。
国务院总理温家宝于2005年10月做出重要指示，要求优先进展城市公共交通，这是贯彻落实科学进展观和建设节约型社会的重要举措。
大容量城市公共交通，如地铁、轻轨等，其最大优势是空间利用率和能源利用率较高。
但是，由于缺乏足够的时刻、空间、运力灵活性，在客流量不足的情形下，系统效率将大大降低，运营本钱太高，难以大力推行和应用。
回忆汽车进展的百年历史，不难发觉其操纵方式从未发生过全然性改变，即由人观看道路并驾驶车辆，形成“路－人－车”的闭环交通系统。
随着交通需求的增加，这种传统车辆操纵方式的局限性日趋明显，例如平安性低（交通事故）和效率低（交通堵塞）。
最新调查说明，95％的交通事故是由人为因素造成，交通堵塞也多数与驾驶员不严格遵守交通规那么有关。
若是要从全然上解决这一问题，就需要将“人”从交通操纵系统中请出来，形成“车－路”闭环交通系统，从而提高平安性和系统效率。
这种新型车辆操纵方式的核心，确实是实现车辆的智能化。
1.1.2研究意义
智能车有着极为普遍的应用前景。
结合传感器技术和自动驾驶技术能够实现汽车的自适应巡航并把车开得又快又稳、平安靠得住；
汽车夜间行驶时，若是装上红外摄像头，就能够实现夜晚汽车的平安辅助驾驶；
他也能够工作在仓库码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，另外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。
在一般家庭轿车消费中，智能车的研发也是很有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶常常发生碰撞，若是用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会操纵车辆自动停下来，撞车就可不能发生了。
选题依据全国大学生智能车竞赛规那么并利用大赛组委会统一提供的竞赛车模，以Freescale公司生产的16位微操纵器MC9S12DG128B作为核心操纵单元，自主构思操纵方案及系统设计，包括传感器信号搜集处置、操纵算法及执行、动力电机驱动、转向舵机操纵等，最终实现一套能够自主识别线路，而且能够实时输出车体状态的智能车操纵软硬件系统。
该项竞赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。
此项赛事，在韩国已经举行过量届，其专业知识涉及操纵、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、运算机、机械等诸多学科，对学生的知识融合和动手能力的培育，对高等学校操纵及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。
本设计国内外现状
菲斯卡尔智能车制作大赛在韩国已经举行过量届，此刻国外制作体会也已经相当做熟。
关于智能车的一些智能循迹算法国外也有许多专家做了深切研究，诸如模型参考自适应操纵器的设计，器等等。
很多学者针对传感器排放几何形状和摄像头安装位置作了很多研究工作，设计出来多种高效循迹方式和相应的操纵算法。
目前我国关于AGV的研究方向包括，，，等等。
2004年12月17日，菲斯卡尔半导体公司亚太区汽车电子与标准产品事业部市场总监杨飞先生，业务拓展领导康晓敦先生访问清华大学汽车工程系，第一次提出参照韩国汉阳大学的智能汽车竞赛方式，举行全国大学生智能车竞赛。
2006年8月第一次在清华大学成功举行了第一届菲斯卡尔智能车大赛，有来自全国57所高校112支参赛队参加了竞赛。
现目前就菲斯卡尔智能车竞赛而言，组别按设计方案能够分为光电传组，摄像头组，电磁组。
操纵算法大致能够分为PID算法，模糊操纵算法，赛道经历算法等，也有同时运用以上两到三种算法的。
我国已别离举行了第一、二届、三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，而在韩国也已经举行了几届如此的智能小车大赛。
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车操纵实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举行的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。
组委会将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线路的智能车，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而且技术报告评分较高，谁确实是获胜者。
制作智能车，需要参赛队伍学习和应用嵌入式软件开发工具软件codewarrior和在线开发手腕，自行设计和制作能够自动识别途径的方案、电机的驱动电路、模型车的车速传感电路、模型车转向伺服电机的驱动和微操纵器MC68S912DP256操纵软件的编程，等等。
其专业知识涉及操纵、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、运算机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培育，对高等学校操纵及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的长期的推动作用。
随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提高，关于高校相关学科领域学术水平的提升也有必然帮忙，最终将有助于汽车企业的自主创新，取得企业的认可。
这项赛事在韩国的成功能够证明这一点。
2000年智能车竞赛第一由韩国汉阳大学承办开展起来，每一年全韩国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，至今已举行5届，取得了众多高校和大学生的欢迎，也慢慢取得了企业界的极大注。
韩国现代公司自2004年开始免费捐赠了一辆轿车作为赛事的特等奖项。
德国宝马公司也提供了不菲的资助，邀请3名获奖学生到德国宝马公司研究所访问，2005年SUNMOON大学的参赛者取得了这一殊荣。
本文的要紧内容及组织
本课题基于MC9S12DG128B开发板来设计一辆具有自动循迹功能的智能小车，而且能以尽可能稳固和快的速度跑完全程。
通过硬件电路的设计、软件程序的编写调试等，实现系统的大体功能；
全文共分六章，要紧包括以下内容：
第1章全文绪论部份，该章第一论述了本课题研究的背景和意义，依照查阅的相关资料，概述了智能车国内外的研究状况和菲斯卡尔智能车大赛。
描述了本文的要紧结构与大致内容安排；
第2章整体方案设计，通过不同的方案对照，详细介绍了本课题选择的设计方案，概述了基于MC9S12DG128B的智能车整体工作流程。
第3章系统硬件电路模块设计，介绍了MC9S12DG128B最小系统，对电源模块电路设计进行了详细介绍，对传感器信号搜集电路、舵机驱动操纵电路、电机驱动调速和测速的硬件电路设计进行了分析与说明。
第4章机械建模和机械调整，介绍了智能车的整体机械设计结构，各模块的的安装位置，和机械结构的改良与优化。
第5章软件系统设计，描述了各模块软件实现的详细流程图，分析了软件编程思想及应用。
第6章系统的调试与分析，总结了在本次设计进程中进行软硬件调试的方式，描述了整个课题的调试进程及进程中碰到的各类问题，介绍了本产品的利用方式及能够改良和可扩展的地址。
第2章系统整体设计方案
设计方案描述与选取
2.1.1概述
为了较超卓的完本钱次智能车设计，咱们对车模进行了一系列的改造。
从机械结构的调整到电子线路的设计，为咱们的决策算法调试工作搭建了一个稳固、靠得住的硬件平台。
本设计采纳光电传感器作为智能车的“眼睛”，能够较快的搜集道路信息；
利用闭环PID算法操纵电机，提高了车模的机动性；
采纳模糊操纵对检测到的信息进行分析，然后将决策作用于电机和舵机。
图2-1系统整体设计图
依照以上系统方案设计，赛车共包括五大模块：
MC9S12DG128B主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块、舵机操纵模块。
各模块的作用如下：
MC9S12DG128B主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将搜集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，依照操纵算法做出操纵决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的操纵。
传感器模块，是智能车的“眼睛”，能够通过必然的前瞻性，提早感知前方的赛道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充沛的反映时刻。
电源模块，为整个系统提供适合而又稳固的电源。
电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速操纵和转向操纵。
速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环操纵。
在选定智能车系统采纳光电传感器方案后，赛车的位置信号由车体前方的光电传感器搜集，经S12MCU的I/O口处置后，用于赛车的运动操纵决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机对智能车进行加速和减速操纵，和伺服电机对赛车进行转向操纵，使赛车在赛道上能够自主行驶，并以最短的时刻最快的速度跑完全程。
为了对赛车的速度进行精准的操纵，在智能车后轴上安装光电编码器，搜集车轮转速的脉冲信号，经MCU捕捉后进行PID自动操纵，完成智能车速度的闭环操纵。
2.1.2硬件方案选择
本次设计要求模型车达到“稳”、“快”、“准”的目的，即要求模型车速度及行驶线路稳固，算法反映和速度、角度调剂快，和速度操纵和检测系统测量的准确性,因此，设计进程中，检测方面将会注意选择性能靠得住，反映速度快的传感器；
在电路板等部件的安装方面考虑车体重心的问题；
利用智能算法操纵车辆行驶。
一、循迹传感器的选择
通过学习竞赛规那么和往届竞赛相关技术资料了解到，途径识别模块是智能车系统的关键模块之一，途径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的好坏，因此确信途径识别模块的类型是决定智能车整体方案的关键。
目前能够用于智能车辆途径识别的传感器要紧有光电传感器和CCD/CMOS传感器。
光电传感器寻迹方案的优势是电路简单、信号处置速度快，可是其前瞻距离有限；
CCD摄像头寻迹方案的优势那么是能够更远更早地感知赛道的转变，可是信号处置却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处置和识别，加速处置速度是摄像头方案的难点之一。
在比较了两种传感器好坏以后，考虑到CCD传感器图像处置的困难后，选用了应用普遍的光电传感器，通过选用大前瞻的光电传感器，加上精简的程序操纵和较快的信息处置速度，光电传感器达到了极好的操纵成效的。
2、电机及其驱动模块的选择
本次竞赛统一采纳RS380-SH型他励直流无刷电机，电机参数如表：
表电机特性表
电压
空载时
最高效率时
堵转时
工作
范围
标准
转速
电流
转矩
功率
r/min
A
r/min
mN-m
g-cm
W
3~9V
16200
14060
111
839
直流电机的结构由定子和转子两大部份组成。
它的优势，比交流调速扭力大，最大的优势可不能像交流调速那样产生逆变磁场对外围发出干扰。
直流电机运行时静止不动的部份称为定子，定子的要紧作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部份称为转子，其要紧作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，因此通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
驱动模块采纳MC33886，MC33886为飞思卡尔公司的集成H桥驱动芯片。
它具有如下特点：
1.与MC33186DH1类似的增强特性；
2.至40V持续运转；
3.120mΩRDS（ON）H桥MOSFETS；
4.TTL/CMOS兼容输入；
5.PWM的频率可达10千赫；
6.通过内部常按时关闭对PWM有源电流限制（依托降低温度的阈值）；
7.输出短路爱惜；
8.欠压关闭；
9.故障状况报告。
将单片机的两路PWM输出接到MC33886芯片的IN1、IN2脚，通过2路PWM波的占空比不同，能够实现正转、正转制动、反转、反转制动，别离对应于直流电机的四象限运行。
MCU通过IN1引脚输入PWM波，以调剂33886的DNC口的输出电压,调剂电机转速的快慢，而且在IN2口输入电压以调剂电机的反转和制动功能。
3、测速模块的选择
本次设计中速度传感器采纳的是OMRON公司生产的的E6A2-CW3C光电编码器。
它由5-12V的直流供电。
编码器以其高精度，高分辨力，高靠得住性被普遍应用于各个邻域。
依照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。
增量式编码器是将位移转换成周期
性的电信号，再把那个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确信的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止
本次竞赛采纳的欧姆龙公司的E6A2-CW3C，如图2-2所示：
图2-2E6A2-CW3C光电编码器
E6A2-CW3C是利用光电原理组成的非接触式的光电增量型编码器。
具有如下
特点：
a）工作电压5V到12V；
b）消耗电流20mA以下；
c）输出为A，B两相；
d）分辨率500p/r；
e）A，B相位差90。
±
45。
；
f）许诺最高转速5000r/min；
g）NPN开路集电极输出[10]；
h）采纳S12单片机的增强型按时器模块（ECT）的功能搜集速度。
增强型按时器的核心是一个16位的可编程计数器，计数的频率能够通过度
频来调整，能够用来测量输入的脉冲宽度或产生脉冲波形
4、舵机FutabaS3010
工作原理为：
操纵信号->
操纵电路板->
电极转动->
齿轮组减速->
舵盘转动
->
位置反馈电位计->
操纵电路板反馈，即操纵量->
舵盘角度。
三线连接：
（黑）地线，（红）电源线，（白）操纵线。
由单片机输出PWM信号接舵机操纵线，即能使舵机在正负45度范围内转动。
操纵方式如图2-3:
图2-3舵机操纵方式
舵机操纵输入的脉宽和角度的对应关系如图2-4所示：
2-4舵机转角与PWM脉宽关系
5、中控模块
智能车系统采纳飞思卡尔的16位微操纵器MC9S12DG128B单片机作为核心操纵单元用于智能车系统的操纵。
MC9S12DG128B是飞思卡尔半导体公司的汽车电子类产品，早在飞思卡尔尚未从摩托罗拉分离出来前就已经诞生了。
它隶属于飞思卡尔单片机的S12系列，其内核为CPU12高速处置器。
MC9S12DG128B拥有丰硕的片内资源，flash达128kb，加入裁减过的uCOS都没有问题，因此关于参加该竞赛的操纵系统它不用扩充片外存储器。
MC9S12DG128B有16路AD转换，精度最高可设置为10位；
有8路8位PWM并可两两级联为16位精度PWM，专门适合用于操纵多电机系统。
它的串行通信端口也超级丰硕，有2路SCI，2路SPI另外还有IIC，CAN总线等端口，而且采纳了引角复用功能，使得这些功能引角也可设置为一般的IO端口利用。
另外它内部还集成了完整的模糊逻辑指令，可大大简化程序设计。
图2-5微操纵器功能
2.1.3软件方案选择
方案一：
利用VC++编程语言，VC++是Windows平台下强有力的高级编程语言，能方便快速地开发出界面友好，执行速度快的程序，但VC++开发上手比较慢；
方案二：
利用VB编程语言，VB是一种可视化的、面向对象和采纳事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，能够高效、快速地开发Windows环境下功能壮大、适用于图形界面丰硕的应用软件系统；
方案三：
利用C编程语言，C语言既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。
它能够作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也能够作为应用程序设计语言，编写不依托运算机硬件的应用程序，应用范围超级普遍。
通过以上三种方案的特点比较，依照本课题的设计需要，最终选用C语言编写相应系统程序。
开发工具描述
程序的开发是在组委会提供的CodeWarriorIDE下进行的，包括源程序的编写、编译和链接，并最终生成可执行文件。
Codewarrior是由Metrowerks公司提供的专门面向Freescale所有MCU与DSP嵌入式应用开发的软件工具。
其中包括集成开发环境IDE、处置器专家、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程治理、C交叉编译器、汇编器、链接器和调试器。
其中在本设计方案中最为重要的部份确实是集成开发环境IDE和调试器，因此接下来将要紧介绍这两部份。
CodeWarriorIDE功能介绍
CodeWarriorIDE能够自动检查代码中的语法错误，它通过一个集成的调试器和编辑器来扫描代码，以找到并减少明显的错误，然后编译、链接程序以便运算性能够明白得和执行程序。
每一个应用程序都通过了像CodeWorrior如此的开发工具进行编辑、编译、链接和调试的进程。
具体到设计所应用MC9S12DG128的一个显著特点确实是片上外围设备众多，每一个外围设备对应的寄放器也较多，有的乃至达到三十多个。
MetrowerksCodewarriorIDE中的文件对所有寄放器对应的存储映射地址都进行了宏概念，开发者在软件开发时直接挪用这些宏就能够够了。
这些宏的名称都与说明文档上相应寄放器的名称相同或近似。
2.2.2CodewarriorIDE特点
CodewarriorIDE利用项目模式来组织应用程序，为开发不同目标处置器项目提供了强有力的开发环境，并为每一种处置器提供工具，为本设计的开发提供了专门好的条件。
其具有如下一些特点：
一、通用性
（1）能够在WINDOWS环境下运行
（2）分层的项目表示
（3）直观的用户界面
（4）嵌入式工作平台工具与编辑器全集成
（5）全面的超文本帮忙
二、嵌入式工作平台编辑器
（1）能够同时编辑汇编与C语言源文件
（2）汇编程序与C语言程序的句法用文本格式与颜色区别显示
（3）强有力的搜索与置换命令，而且能够多个文件搜索
（4）从犯错列表直接跳转到犯错的相关文件的相关语句
（5）能够设置在犯错语句前标志
（6）自动缩进，能够设置自动缩进的空格多少
（7）每一个窗口的多级取消与恢复
2.2.3CodewarriorIDE利用方式及步骤
一、成立工程:
File/HC（S）08NewProjectWizard/MCU型号:
MC9S12DG128/选择C语言/选择浮点运算/选择存储器类型为banked/选择调试器类型FullChipSimulat
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