智能车的控制系统设计.docx

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智能车的控制系统设计

河南理工大学

毕业设计（论文）任务书

专业班级学生姓名

一、题目智能车控制系统设计

二、起止日期年月日至年月日

三、主要任务与要求

指导教师职称

学院领导签字（盖章）

年月日

河南理工大学

毕业设计（论文）评阅人评语

题目智能车控制系统设计

评阅人职称

工作单位

年月日

河南理工大学

毕业设计（论文）评定书

题目智能车控制系统设计

指导教师职称

年月日

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩许可证

答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：

1、设计（论文）说明共页

2、图纸共张

3、指导教师意见共页

4、评阅人意见共页

经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。

指导教师签字（盖章）

年月日

根据审查，准予参加答辩。

答辩委员会主席（组长）签字（盖章）

年月日

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议

电气院（系）自动化专业班

同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。

根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。

一、毕业设计（论文）的总评语

二、毕业设计（论文）的总评成绩：

三、答辩组组长签名：

答辩组成员签名：

答辩委员会主席：

签字（盖章）

年月日

摘要

本文主要介绍了智能小车控制系统的软硬件设计及开发过程。

车模系统的简单工作原理是单片机收集红外传感器返回来的赛道信息，通过相应运算后，软件判断其有效性，结合控制算法控制随动舵机给出合理舵值，控制前轮舵机转向，单片机再给出合适的PWM波占空比以控制电机转速。

小车设计主要包括硬件电路设计和软件控制设计两大部分。

此智能车系统采用模块化设计思想，完成了系统硬件电路的设计，其主要包括核心控制模块、电源管理模块、电机驱动模块、舵机控制模块、车速检测模块、路径识别模块等。

本系统以16位微处理器MC9S12DG128为控制核心，MC9S12DG128微控制器是M68HCS12系列16位单片机中的一种，其内部结构主要有单片机基本部分和CAN功能块部分组成。

为了提高系统的运行性能，对转向控制策略、行驶速度控制策略及后轮驱动闭环PID控制算法策略等进行了详细分析与设计。

在此基础上，完成了系统软件的具体设计和实现。

关键字：

模块化PID单片机PWM

Abstract

Thispapermainlyintroducesthehardwareandsoftwareofthecontrolsystemofintelligentcardesignanddevelopmentprocess.Thesimplemodelssystemworkingprincipleistocollectinfraredsensormcureturncircuitinformation,throughthecorrespondingoperation,thesoftwarejudgeitseffectiveness,combiningcontrolalgorithmwithdynamicsteeringgearcontrol,reasonablefrontwheelsteeringgearcontrolruddervaluessteering,mcuandthenpresentstherightPWMwavesoccupiesemptiescomparedtocontrolmotorspeed.

Cardesignincludeshardwarecircuitandsoftwarecontroldesignoftwoparts.Thesmartcarsystemadoptstheideaofmodulardesign,completethehardwarecircuitdesign,anditsmainincludingcorecontrolmodule,powermanagementmodule,motordrivermodule,steeringgearcontrolmodule,speeddetectionmodule,pathrecognitionmodule,etc.ThissystemtoMC9S12DG128ascontrolcore,M68HC12seriesMC9S12DG128microcontrollerisoneof16bitmcu,itsinternalstructureismainlyamcubasicpartsandCANfunctionblocksparts.

Inordertoimprovetheoperationofthesystemperformance,thesteeringcontrolstrategyandspeedclosed-loopcontrolstrategiesandrearwheeldrivestrategyofPIDcontrolalgorithmisadetailedanalysisanddesign.Onthisbasis,completedthespecificsoftwaresystemdesignandimplementation.

Keyword:

modularPIDMCUPWM

1绪论

1．1课题研究背景和意义

随着世界范围内汽车普及率的提高，汽车在极大地方便人们生活的同时也带来了大量问题，如交通安全问题、城市交通拥挤和环境污染等。

解决交通问题的直接办法是提高路网的通行能力。

但是，就目前来看，汽车数量的增加已经导致已有的道路远不能满足经济发展的需要，单纯地进行道路基础设施的建设由于受到土地，经济成本，时间等多重因素的制约，不可能解决交通问题，真正切实可行的方法是如何提高现有道路的容量和效率。

在这种背景下，运用高新技术，将现有的道路和车辆综合起来考虑，构建智能交通系统来解决交通问题的思想应运而生。

智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯技术以及计算机技术等有效地综合运用于整个交通管理体系和车辆而建立起来的一种大范围、全方位发挥作用的、实时、准确、高效、先进的运输系统。

智能车辆作为智能交通系统的关键技术，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、通信、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

然而，智能车辆系统是一个极为复杂的系统，如何利用相关的高新技术实现智能交通系统的效用，正处于不断发展与完善中。

因此，利用各种先进实验交通技术构建研究平台是非常必要的。

综上所述，通过对车辆智能化技术的研究和开发，可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆行驶的安全畅通、高效。

不断完善对智能化的车辆控制系统的研究，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极大地促进道路交通的安全性，对构建智能交通系统有着十分重要的意义。

1.2国内外研究现状

在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构都在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括：

美国NavLab系列智能车辆系统。

该系统是由美国卡内基·梅隆大学机器人研究所研制的。

NavLab．V系统的车体采用Pontiac运动跑车。

其传感器系统包括视觉传感器系统、差分GPS系统、光纤阻尼陀螺和光码盘。

计算机系统包括1台SparcLx便携式工作站和l台HCII微控制器。

工作站完成传感器信息处理与融合、全局与局部路径规划；HCU完成底层车体控制与安全监控。

目前NaVLab系列己发展到NaVLab．11。

德国VaMoRs—P智能车辆系统。

该系统由德国联邦国防大学和奔驰汽车公司研制的。

车体采用奔驰500型轿车。

传感器系统包括由4个小型彩色CCD摄像机构成的两组主动式双目视觉系统、3个惯性线性加速度计和角度变化传感器、测速表及发动机状态测量仪等。

执行机构包括方向力矩电机、电子油门和液压制动器等。

计算机系统由基于Transputer的并行处理单元和2台PC-486组成。

用于图像特征抽取、物体识别、对象状态估计、行为决策、控制计算、方向控制和信息通信、I/O操作、数据库操作、图形显示。

两台PC-486主要用于软件开发和人机交互、数据登录等。

国内智能车辆研究由于起步晚，以及经济条件的制约，在智能车辆研究领域与发达国家有一定的差距，目前开展这方面研究工作的单位主要包括一些大学和科研机构，具有代表性的系统有：

7B．8智能车辆系统。

该系统是由南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制，属于军用室外智能车辆，于1995年底通过验收。

车体是由国产跃进客货车改制而成，车上安装了摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位、超声波等传感器。

计算机系统采用2台SunlO完成信息融合、黑板调度、全局、局部路径规划，2台PC机完成路边抽取识别和激光信息处理．单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。

清华大学THMR系列智能车辆系统。

该系统是由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点试验室在国防科工委和国家863计划的资助下研制的。

THMR—III的车体选用BJl022面包车改装而成。

该车上集成了二维彩色摄像机、磁罗盘光码盘定位、GPS、超声等传感器。

计算机系统采用SunSpark10l台、PC-4862台和8098单片机数台。

Sun完成任务规划，根据地图数据库信息进行全局规划，l台PC机完成视觉信息处理，另1台PC完成局部规划、反射控制及系统监控，数台8098完成超声测量、位置测量、车体方向速度的控制。

控制系统采用多层次“感知一动作”行为控制及基于模糊控制的局部路径规划及导航控制。

目前THMR系列已发展到THMR-V。

吉林大学JLUIV系列智能车辆系统。

该系统是由吉林大学智能车辆课题组在国家自然科学基金、教育部博士基金等资助下研制的。

JUTIV-Il型智能车的车载传感器系统有CCD摄像机、三维激光测距仪、GPS定位系统、远、近距离避障传感器，制动拉压力传感器、光电编码器等。

计算机系统采用1台Pentium-III工业控制计算机，完成车辆的传感信息获取、周围环境感知、图像处理、导航路径识别及决策控制。

目前JLUIV系列已发展到JUTIV-III。

飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛就是在这样的背景下应运而生的。

比赛由国家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。

由组委会提供统一的车模和单片机，要求各参赛队在不改变车模的底盘结构的前提下，通过选择适当的检测方案和控制算法，使车模能够在专门设计的跑道上自主地识别路线行驶，单圈行驶时间最短的赛车获胜。

这样，通过提供一个相同的比赛平台，各参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型和控制方案，从检测和控制的角度来解决这个问题。

1.3论文主要内容及结构

本报告分为五章：

第一章为绪论；第二章主要介绍了智能车硬件电路设计包括各个模块的电路设计方案以及相关电路。

方案以M68HCS12单片机为核心，包括总体控制系统的设计，各部件需要的供电电源设计，传感器电路设计，速度检测电路的设计以