山东大学电光火石队

1、山东大学电磁组电石队技术报告摘要智能车以为背景，涵盖了、模式识别、传感技术、计算机、机械等学科。具有自动行驶，自动变速，自动识别道路的功能。智能小车是智能行走的一种，这种智能小车可以适应不同环境，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。本课题是设计并实现一种基于飞思MK10DN512单片机的磁导航智能车。本课题中，采用一款四轮的双电机后轮驱动模型系统采用了可靠性高的32位单片机MK10DN512作为作为智能小车基本载体，。使用安放在车头的电感传感器检测道路状况，作为小车导航的依据。设计目标是智能小车能在弯循迹运行，不偏离道路，速度越快越好。课题中采用10mH曲不平的道电感对

2、赛道内磁场进量，并通过策略使小车平稳快速的跑完赛道全程。了总体方案设计，电磁小车寻径原理，各个模块的硬件组成和设计。硬件方面主要了电感传感器的原理和选型，电源模块，测速模块和三了飞思MK10DN512单片机的最小系统。软种调试电路的设计。此外还件方面主要了智能小车舵机和电机驱动的初始化，电机运行的PID，检测电路信号的处理和主程序。：智能小车；磁导航；单片机；自动寻迹3山东大学电磁组电石队技术报告ABSTRACTWith the background of automotive, smart cars is covering control, pattern recognition, sens

3、or technology, computer, mechanical and other disciplines. With the function of Automatic drive, automatic transmission and automatic identification of road, smart car is an intelligent walking robot. Smart car can adapt to different environments where people can not enter or survive in and help peo

4、ple complete the task of human detection.The task is to design and implement a magnetic navigation smart car based onscale MK10DN512. This topic, the use of a round of double motor racing as thebasic carrier intelligent car rear wheel drive m. The system uses a reliable 32-bitmicrocontroller MK10DN5

5、12 as the control center. Using inductive sensor placed in front of the car to detect road conditions, as the basis for car navigation. Design goal is to let smart car in the road to self-bending uneven tracking run, do not deviate from the road, the faster the better. The topic used 10mH inductor m

6、agnetic field measurements within the track and the car stable through the control strategy to quickly finish the whole track.This paper introduces the overall design, electromagnetic car routing principle, each module of the hardware and software design. Hardware, introduces the principles and sele

7、ction of inductive sensors, power modules, and three speed modules debug circuit. This paper also introduced the minimum system MK10DN512 microcontroller. Software introduces smart car steering gear and the motor drive initialization, PID control motor operation, detection circuit signal processing

8、andcontrol of the main program.Keywords: smart car, magnetic navigation, SCM, automatic search path4山东大学电磁组电石队技术报告目录目录.5第一章绪论.7.71.1山东大学智能车队1.2系统总体设计方案.81.3文本撰写框架9第二章磁导航小车原理102.1磁场基本理论10.122.2磁导航跑道电源设计2.3电源技术指标要求.122.4电源组成.12第三章智能车机械结构设计143.1转向舵机的安装.143.2车前轮的调校.153.3车底盘的调整.153.4传感器的安装.16第四章硬件电路设计.17

9、.174.1电源模块设计4.2 MK10DN512最小系统设计174.3传感器方案194.4驱动方案.195山东大学电磁组电石队技术报告4.5避障方案.20第五章设计.21系统总体方案215.1智能车5.2各模块初始化.225.2.1CPU初始化225.2.2初始化23.245.2.3AD初始化设计255.3路径识别模块的5.4模糊的应用.255.4.1使用.25.265.4.2智能车模糊规则算法275.5智能车速度5.5.1 PID算法工作原理275.5.2 PID器的参数整定275.6智能车舵机策略.28第六章模型车的主要技术参数30致谢.31参考文献32附录.336山东大学电磁组电石队技

10、术报告第一章绪论1.1山东大学智能车队飞思杯大学生智能汽车竞赛起源于韩国，自2006年引入我国以来已举行了九届，至今已经发展到了第十届。智能车竞赛是一项涵盖、模式识别、传感、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良长期的推动作用，并且本项赛事对进一步深化高等工程教育，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养本科生从事科学、技术研究能力同样具有重要的意义，对于高校相关学科学术领域学术水平的提高也有一定的帮助。山东大学作为第一届邀请赛参赛学校参加了至今各届智能车比赛，并取得了多项全国一等奖。春华秋实，山东大学智能车已经走过十个年头，今

11、年将继续参加在济南举行的第十届全国大学生智能汽车竞赛。现在山大智能车已经形成了完善的管理体制和竞争机制，以系，统和智能创新平台为基础，以山东大学智能车工作室为和技术形成了完善的培养和选拔机制。一大批工科同学从中获得了工程实践经历和丰富的课余生活。目前山大智能车校内涉及科学与工程、科学与工程、机械工程、电气工程、计算机科学与工程等各学院的同学，开设了智能车暑期学校课程，并受到越来越多的关注。图1.1历史成果图在技术上，从硬件、到机械，山东大学智能车工作室已经形成了完善的理论系统和技术储备。以电磁组为例，硬件方面，我们已经掌握了成熟的传感器信号放大技术，车载有效前瞻可以达到接近60cm；机械上我们

12、已经在轮胎摩擦力方面，转向舵机、随动舵机的架设方面，形成了的理论和经验体系；方面，在信号、信号处理方面，我们有的理论，其中在模糊7山东大学电磁组电石队技术报告方面的探索；在调试系统方面，我们已经有完善的SD卡上下位机和无线上下位机以及键盘与液晶等调试系统，并在长期使用过程中形成了的经验和理论。在其他细节方面我们拥有的技术积累。1.2系统总体设计方案智能车系统采用飞思的32位微器MK10DN512单片机作为单元用于智能车系统的。在选定智能车系统采用电感传感器方案后，智能车的位置信号由车体前方的电感传感器，经MK10 MCU的GPIO口输入后，用决策，同时内部FTM模块发出于智能车的波，舵机转弯，

13、同时驱动直流电机对智能车进行和，最终使智能车在赛道上能够行驶，并以最短的时间最快的速度跑完全程。为了对智能车的速度进行精确的控制，在智能车电机传动轴上安装光电编码器，电机转速的脉冲信号，经ECT捕获后进行模糊PID自动，完成智能车速度的闭环。小车整体，如图1.2所示。图1.2电磁小车整体系统总体方框图如图1.3所示。图1.3系统总体框图8山东大学电磁组电石队技术报告1.3文本撰写框架本文简述小车的设计过程，主要分为：智能车车模机械设计、智能车系统硬件设计、智能车策略和设计、总结和展望等四部分。并且附录中加入小车的算法程序，对此导航智能车的搭建和调试做出准确。第二章：磁导航小车原理。主要系统总体

14、框图，并简要系统的各部分设计。第三章：智能车机械结构设计。主要舵机的安装、车轮及底盘的调整、测速模块的安装等。第四章：硬件电路设计。主要MK10DN512单片机系统、底层主电路、电感传感器、驱动电路、测速电路的设计等。第五章：软件设计。主要主程序流程、信号分析与识别、策略等。第六章：模型车的主要技术参数。主要界面的编写等。9山东大学电磁组电石队技术报告第二章磁导航小车原理以往的智能车竞赛分为光电组和摄像头组，其中光电组主要是使用光电传感器如线性CCD或红外传感器路径，摄像头组主要通过图像识别路径。本文则采用通电导线产生的电磁场对智能车进行引导。使用磁场信号引导车沿一定轨迹行走的优点主要体现在磁

15、场信号具有很线、温度、湿度等环因素的影响。环境适应性，不受光2.1磁场基本理论根据电磁学，我们知道在导线中通入变化的电流，则导线周围会产生变化的磁场，且磁场与电流的变化规律具有一致性。如果在此磁场中置一由线圈组成的电感，则该电感上会产生感应电动势，且该感应电动势的大小和通过线圈回路的磁通量的变化率成正比。由于在导线周围不同位置，磁感应强度的大小和方向不同，所以不同位置上的电感产生的感应电动势也应该是不同。据此，则可以确定1电感的大致位置。首先，由-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度如公式2-1：直道附近的磁场分布，可以近似为无限长的直

16、导线上的磁场分布，容易算得2距离长直导线距离为r的点的磁感应强度如公式2-2：附近磁感应强度方向为垂直纸面向里，于是，它的磁力线是在垂直于导线的平面内以导线为轴的一系列同心圆，圆上的磁感应强度大小相同。定义小车前进的方向为Y轴正向，顺着Y轴的右手边为X轴的正向，Z轴指向小车正上方，如图2-1所示。设水平线圈为轴线平行于Z轴的电感线圈，垂直线圈是指轴线平行于X轴的线圈。B是指向载流导线右手边的电磁感应强度，B是指向载流导向正上方的电磁感应X 强度。显然，垂直线圈感应的是B变化率，水Z 平X10山东大学电磁组电石队技术报告线圈感应的是的B变化率。Z图2-1车体摆放由公式2-2进而可以推出公式2-3

17、，公式2-4：其中h是电感线圈距离地面的垂直距离。为了讨论的方便，记为公式2-5和公式2-6：'X 是x的偶函数，在Y轴''3则BXZ 分别和B、B有相同的变化趋势。B、BXZ'两侧单调；BZ 是x的奇函数，在Y轴两侧没有单调'X。此外因此B的衰减'较BZ 快很多。综上推知，水平线圈比较适合做x的正负判别，垂直线圈比较适'Z'合用来解算x的具体数值，B较BX衰减慢得多，说明水平线圈对远处道路状况相对比较敏感，可以用来前方的弯道。对于通有电流的弧形导线，根据-萨伐尔定律明显可以得出弧线内侧的磁感线密度大于弧线外侧的结论。如果在通电直

18、导线和弧形导线两边的正上方竖直放置两个与电流方向一致的线圈，则两个线圈中会通过磁通量。11山东大学电磁组电石队技术报告导线中的电流按一定规律变化时，导线周围的磁场也将发生变化，则线圈中将感应出一定的电动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大小和通过导体回路的磁通量的变化率成正比。感应电动势的方向可以用楞次定律来确定。由于本设计中导线中通过的电流频率较低，为20kHz，且线圈较小，圈中心到导线的距离为r，认为小范围内磁场分布是均匀的，则线圈中感应电动势可近似为公式2-7：即线圈中感应电动势的大小正比于电流的变化率，反比于线圈中心到导线的距离。其中k为与线圈摆放、线圈面积和一些物理常量有一个量。具体

19、的感应电动势须实际测定来确定。2.2磁导航跑道电源设计第五届全国大学“飞思杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。根据比赛技术要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下电线中420KHz交表电生的磁场来导引小车沿着道路行驶。2.3电源技术指标要求20KHz电源技术要求如下：1、驱动赛道中心线下铺设的 0.1-0.3mm直径的漆包线；2、频率范围：20K±2K；3、电流范围：50-150mA；电源输出电压波形为对称方波。由于线圈电感的影响，线圈中的电流为上升、下降沿缓变的方波波形。2.4电源组成电源电路理图如图2-2。振荡电路、功率输出电路、恒流电路以及电源等组成。原12

20、山东大学电磁组电石队技术报告图2-2电源组成框图1、振荡电路：产生中心频率为 20KHz的对称方波信号。为了满足功率输出电路的需要， 输出极性相反的信号。本设计使用普通的 555时基电路产生振荡信号。并且信号频率能够在一定范围内进行调整。2、功率输出电路：输出驱动信号电压、电流、频率较大，需要一定输出功率驱动跑道线圈，因此最后需要功率输出电路。可以采用分立大功率晶体管L298搭建输出电路。电路的频率响应大于20KHz，输出功率大于2W。3、恒流恒流电路：输出电流在100mA左右，不随着电源的变化而发生波动。根据比赛规则的要求，恒流输出不需要特别的精确。使用125限流电阻控制电流的。4、电源：电

21、源部分提供电路中所需要的各种低压稳压电源。保证信号振荡电路和恒流电路的性.本设计使用一串联稳压集成电路9V电源适配器实现。13山东大学电磁组电石队技术报告第三章智能车机械结构设计机械结构调校的好，对的编写有很大的促进。有时上为达到某个目的，不得不编写大量的代码，而同样的问题，可能在机械结构上稍加修改就能完美的解决。从整个系统上考虑：驾驭硬件，而硬件却依赖于机械结构。要想提高智能车的速度，要调的好，而机械结构上的一些优化，在很大程度上可以简化的编写。合理优良的机械结构能让智能车在直道和弯道上高速的通过，而且转弯灵巧，快速。本章将主要能的机械结构主要有转向舵机的安装、车前轮的调校、车底盘的调整、传

22、感器的安装、测速模块的安装、电机的安装与差速的。3.1转向舵机的安装舵机安装的位置影响舵机的转向性能，智能车对舵机的安装要求是很高的，这也就对智能车舵机安装的机械结构提出了较高的要求，其要求舵机安装在智能车上必须完全固定，绝对不能保证舵机转向的灵活性。它与智能车之间有相对移动。，才图3-1舵机安装舵机臂的长度也是影响舵机转向性能的关键，加长舵机臂对提高舵机的响应速度确实有一定的效果，加长舵机臂能提高舵机的响应速度，舵机只需要转较小角度就可以实现较大角度的转弯，但是车身转动的惯性限制了车的转向。舵机臂加长会降低舵机定位的精度、提高重心、造成舵机损坏等。舵机加长臂的长度并不是跟舵机转向的灵活性成正

23、比的，加长臂太长反而会影响其转向性能，因为加长臂太长定会导致力矩加大，导致转向不灵活。综合考虑，最终选择适当加长舵机臂，不仅能提高智能车转弯的灵活度，而且也14对舵机定位的精度有太大影山东大学电磁组电石队技术报告响。舵机安装的位置也，由于C舵机安装在了车体的中部，不利于舵机臂的加长和电路板的安放，所以我们对舵机的安放位置也做了改动，将舵机安装在车的两个前轮中间位置，并通过简单的连杆直接将舵机加长臂与车前轮连接。舵机安装在了智能车的中间，连接两轮的连杆长度相同，这就使得车体左右完全对称，智能车左右转弯性能相同，提高了智能车适应不同赛道的能力。3.2车前轮的调校主销后倾角和车轮前束可以提高智能车行

24、驶时的转向。我们所使用的智能车，车轮和主销是可以调节成平行的，适当的正前束可以提高连续转向的反应能力。智能车前轮的空程比较大，过弯时车轮定位参数会发生比较大的变化， 所以把主销内倾角设成比较大的值，减小了空程，会更有利于过弯。主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角。它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动的能力就越强，但是过大的矩会使车辆转向沉重。通常主销后倾角值设定在1°到3°。车轮前指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证

25、汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”或“负前束”。在实际的汽车中，调节合适的前轮前转向时有利过弯，还能提高前0-12mm。性。将前轮前束调节成明显的“内八字”，阻力加大，提高性能。由于阻力比不调节前速度策略或者采用在直道高速弯道慢大，所以直线会变慢。智能车采用速的策略时，应该调节不同的前束。3.3车底盘的调整来说，底盘的高度越低，车的转向性能越好，行驶性越佳。前低的布置会比较有利于转向。所以前后底盘的高度都降低到 5mm左右。加

26、强车的机械强度，同时减轻重量，在车模撞击赛道和墙壁是能够很好经受住考验。15山东大学电磁组电石队技术报告3.4传感器的安装智能车的传感器到的数据越靠前，车的前瞻越大，车在运行过程中性能越好。由于第六届比赛对电磁组智能车取消了长度限制，在保证智能车重心的情况下将传感器尽可能的向前架设，以提高小车的前瞻。在架设传感器的过程中，支架尽可能选择坚固同时较轻的材料，我们选择了碳纤维杆架设传感器。同时要注意传感器的安装位置不能够影响车辆过坡道。通过实验发现，当传感器相距较大，视角宽，得到的赛道量大。所以，采用尽量架宽主要传感器的方式，以获得丰富的赛道，并且提前预知赛道形状。我们的传感器固定在检测板上，安装

27、检测板时，必须保证检测板摆正，即探测板安装在智能车上以后，车体要左右对称，这样才能保证智能车左右转向同样灵活，也可以保证智能车在直道上运行的性。16山东大学电磁组电石队技术报告第四章硬件电路设计4.1电源模块设计的电源对于一个系统来说，到系统能否正常工作，因的电源并且在电路设计上尽此在设计智能车系统各个模块配置了合适、量避免不源和相源不同模块之间的干扰，保证了整个系统的运行。都需智能车系统的总的电源供应来自 7.2V大容量镍镉电池，但是一些要 5V的电源，单片机最小系统、SD卡和无线调试模块需要 3.3V低压，伺服电机工作电压范围在 4V到 6V之间，直流电机需要车电压调节电路设计如下图 4.

28、1所示：7.2V电池直接供电，因此智能a 5V电路b 3.3V电路c 6V电路图 4.1各部分电源电路4.2 MK10DN512最小系统设计如图 4.2为 MK10DN512单片机的最小系统电路，其中包含了单片机的供电电源、外部晶振时钟电路、复位及 J-Link接口电路。电源电路在硬件设计中，在尽量靠近 8个电源端引脚的位置加去耦电容， 以降低电源噪声。这些电源端、地端最终还是连在一起，即外部提供的+3.3V电17山东大学电磁组电石队技术报告源。为了不同模块的不压，需要外接一些电容，这些电容可以分为两类，电容值比较大的 1F、10F等称作储能电容，储能电容吞吐数字电路1变0、0变 1，即三极管

29、导通、截止时的电流变化；另一类电容值较小的电容 0.1F、0.01F的称为去耦电容，MK10需要的去耦电容典型值为220nF，以去除单片机运行时产生的高频噪声。对于MK10系列单片机，虽然单片机内部有RC振荡电路产生的自时钟，但RC时钟的频率不，会随温度变化，主要用来在检测到主时钟电路故障时起作用，靠时钟单片机就能运行，这种运行模式被称为自时钟模式。采用16M晶振，晶振两端对地接的电容和使用的晶振类型、参数有关，使用了15pF和20pF的电容。在印刷电路板时，单片机系统时钟电路和电源电路布线时应遵循一些规则，系统的电磁兼容性才能得到保证。这些规则如下：·晶振应尽量靠近单片机时钟输入引

30、脚。·尽量让时钟信号回路周围的电场趋近于0。用地线将时钟区围起来，时钟线要尽量短。·晶振外壳要接地。·晶振下面和对噪声特别敏感的器件下面不要走线。·单片机的每个电源端和接地端都要接一个去耦电容，去耦电容要尽量靠近MCU。在单片机系统设计及设计最终设计出来的单片机系统PCB电路板的过程中，严格按照以上规则设计，、可靠。图4.2 MK10DN512单片机最小系统电路18山东大学电磁组电石队技术报告对于复位电电时，当电源电压未达到预期值时，RESET端保持低电平；当电源电压达到预期电源电压后，RESET端输出高电平，单片机复位运行。手动复位时，按下手动复位按钮

31、，RESET端保持低电平； 端输出高电平，复位。手动复位按钮后，RESET4.3传感器方案使用 10mH电感和6.8nF电容并联谐振，来感应20KHz的磁场信号，经放大电路放大后，得到正弦波，在经过整流电路，将正弦波整流为直流波形，进入单片机进行 AD采样，得到信号的大小，以传感器离导线的距离，从而定位导线。由于官方给出的三极管放大电路不易调节放大倍数，检波电路信号变放大直接由 AD采样。电路图如图4.3所示。运化速度较慢，我们决定使用放使用了INA2128，能够将信号放大上千倍，可以满足探测的需要。图4.3磁场检测传感器电路图电磁起跑为并排放置的 3000gauss的磁铁，经过对传感器和干簧

32、管的试验，最终选择使用干簧管做起跑检测，以达到较高的检测精度和较大的检测距离。4.4驱动方案驱动电路对于竞速比赛的重要性是不言而喻的，较对小车平均速度的提高有很大帮助。与制动能力电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。对直流电机的是一个，因为必须在工作期间改变直流电机的速度。的，直流电机高效运行的最常见是施加一个（脉宽调制）方波，其通-断比率对应于所需速度。电机起到一个低通滤波器作用，将信号转换为有效直器很容易产生流电平。驱动信号很常用，因为使用微处理器的信号。虽然用精确的脉冲宽度可以调节电机的速度，实际应用中的频率却是可变的，应对其进行优化，以防止电机颤抖，发出耳朵听得到的噪声

33、。如要使直流电机反转，必须转换电机中电流的方向。19山东大学电磁组电石队技术报告电机驱动都用的是经典的H桥电路，有些内部都集成了H桥电路，并且还集成了内部驱动，保护也做得不错，像SGS公司的L298，飞思的MC33886和MC33887等，但是这些驱动能力有限，经测试并不是十分理想。的内部电阻较大，发热严重，情况下，我们使用MOSFET驱动IR2104和MOSFET管IRLR7843搭建成H桥电路作为电机驱动。这种电路的优点是内阻很小，理论计算值在毫欧级别。IRLR7843的最小内部只有3.3毫欧姆，最大连续源极电流161A，超额符合要求；IR2104外接自举电路，输出驱动电压在 10到20V

34、，具有刹车使能功能，外接电路简单。缺点是需要外接12V电路，电路保护相对较差，电路较低，体积比较大。性相对第十届使用的电机功率较小，对驱动电路的驱动相对较低，而对性和重量因素比较敏感的特点，我们选用在智能车中广泛使用的半桥驱动BTN7970。BTN7970是应用于电机驱动的大电流半桥高集成，它带有一个 P沟道的MOSFET、一个 N沟道的低边 MOSFET和一个驱动 IC。BTS7960通态电阻典型值为 16毫欧，驱动电流43A。从数据上看BTS7970的驱动能力低于我们之前应用的H桥驱动电路，但驱动目前的电机已经绰绰有余，因此综合性等因素，我们选用这款搭建电机驱动电路。4.5通信方案由于本次

35、比赛中中加入了双车通信元素，所以我们采用2401模块做收端。信的发送和接20山东大学电磁组电石队技术报告第五章设计磁导航智能车系统的速度检测，后轮驱动电机算法及设计由这几部分组成：道路识别检测，算法，转向舵机算法。5.1智能车系统总体方案道路检测由电感传感器完成。其中使用了K10的AD模块。电机、舵机驱动模块，SPI模块，外部中断等。小车主程序框和测速部分使用了单片机的图如图5-1所示。图5-1主程序框图策略的选择对于小车的行驶性能是非常重要的。速度固然越快越好，但也要使小车能够平稳完成比赛。譬如，直道入弯道前速度需要减慢，以免冲出道路；而从弯入直时则应让小车，在直道上能够以较高速度完成。所以

36、小车是要使小车在平稳安全行驶的前提下，尽可能地以最快的速度和最短的路线行驶。为保证小车一直沿轨迹快速行驶，系统的主要对象是通过路径识别单元的电感传感器检测小车相对轨迹的当前位置，小车的转向和速度。小车相对轨迹黑线的三种典型位置如图5-2所示，根据检测结果小车与轨迹偏离的情驱动电机使其速度上升况，如前方为直线轨迹，则舵机转向正中，同时到最大速度；如检测到前方为左弯曲线 (或右弯曲线)，则舵机使前轮向左（或）偏转相应的角度，同时根据车速检测单元检测的当前速度，电机使速度下降，当前速度越大，则下降速度越大，以免小车冲出道路。21山东大学电磁组电石队技术报告图5-2小车相对黑线的典型位置程序流程图如图

37、5-3所示。图5-3程序流程图5.2各模块初始化5.2.1CPU初始化为了使加快单片机的运行速度，我们通过设置将系统时钟提高到100MHz部分程序如下：#define REF_CLK_KinetisMHz),取值2-50 */16/*外部基准振荡器(晶振)频率(/*内核时钟频率(MHz),取值#define CORE_CLK_Kinetis10022山东大学电磁组电石队技术报告48-128,其中>100属于超频运行*/#define DIV_BusClk_Kinetis最大不能超过64M */2/* BusClock的分频数(相对于内核时钟),/* FlexBusclock的分频数(相对

38、于内核时#define DIV_FlexClk_Kinetis钟),最大不能超过64M */2/* Flashclock的分频数(相对于内核时钟),#define DIV_FlashClk_Kinetis最大不能超过32M */45.2.2初始化使用K10单片机模块，使电机和舵机有更连续性，下面给出了电机的初始化程序以及其注释。GPIO_SetPinMod(PORTC,1,4); GPIO_SetPinMod(PORTC,3,4); GPIO_SetPinMod(PORTD,4,4);GPIO_SetPinMod(PORTD,6,4);SIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_FTM0_M

39、ASK; FTM0_MODE |= FTM_MODE_WPDIS_MASK;FTM0_SC &= FTM_SC_TOIE_MASK;FTM0_SC |= FTM_SC_CLKS(1) + FTM_SC_PS(2);FTM0_OUTMASK =0xAA;FTM0_CNTIN = 0;FTM0_MOD = DC_LIMIT;FTM0_C0SC |= FTM_CnSC_MSB_MASK + FTM_CnSC_ELSB_MASK; FTM0_C2SC |= FTM_CnSC_MSB_MASK + FTM_CnSC_ELSB_MASK; FTM0_C4SC |= FTM_CnSC_MSB_MAS

40、K + FTM_CnSC_ELSB_MASK;FTM0_C6SC |= FTM_CnSC_MSB_MASK + FTM_CnSC_ELSB_MASK;23山东大学电磁组电石队技术报告FTM0_C2V = 0;FTM0_C4V = 0;FTM0_C6V = 0;FTM0_C0V = 0;FTM0_MODE &= FTM_MODE_FTMEN_MASK;FTM0_CNT = 0;5.2.3AD初始化智能小车采用的是单片机的AD模块，AD模块主要将检测部分检测到的值，从而在此基础上对小车进行。其初始化注释如下：GPIO_SetPinMod(PORTB,0,0);/PORTB,0,1,2,3特

41、殊功能号0对应AD功能GPIO_SetPinMod(PORTB,1,0);GPIO_SetPinMod(PORTB,2,0);GPIO_SetPinMod(PORTB,3,0);SIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_ADC0_MASK;/ADC0时钟门开启ADC0_CFG1 |= ADC_CFG1_ADIV(2) + ADC_CFG1_MODE(2)+ADC_CFG1_ADICLK(0); /ADC时钟2分频f_adcclk = f_bus / 2 = 25Mhz，十位精度输入，ADC0_CFG2 &= (ADC_CFG2_MUXSEL_MASK);/选中A组ADC0_SC1A

42、 &= (ADC_SC1_AIEN_MASK);/中断使能关闭ADC0_SC1A &= (ADC_SC1_DIFF_MASK);/采用采样方式24山东大学电磁组电石队技术报告5.3路径识别模块的设计路径识别是智能小车的，是决定小车能否顺利完成赛道的关键部分。好的路径识别模块程序，能够使小车能够顺利的完成赛道，并且表现出良随动性。该设计使用电感传感器检测预先铺设在赛道下方的漆包线发出的 20kHz的交变电磁波。其设计主要有对电感传感器采样值的处理，并将所得出的值用来小车转向舵机的转向。整个路径识别模块的工作过程为：在系统上电后，进行道路状况检测，当通过AD模块处理，然后对的数据进

43、行处理和计算，进行道路轨迹的获取，计算出道路大致曲率，结合实时检测的速度值，舵机转向和直流电机转速从而方向和速度的目的。其系统框图如图5-4所示。图5-4系统框图5.4模糊的应用5.4.1使用模糊利用模糊数学的基本思想和理论的里，系统动态模式的精确与否是影响优劣的最主要关键，系统动态的信，智能车系统属于比较复杂，并且息越详细，则越能达到精确的目的。动态未知的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，尝试着以模糊数学来处理智能车的问题。模糊器的规律由单片机的程序实现，首先单片机经过采样获取被量的精确值，然后将此值与给定值比较得到误差信号E。选此误差信号E作为模糊器的一个输入量。将误差信号

44、E的精确量进行模糊量化变成模25山东大学电磁组电石队技术报告糊量，误差E的模糊量用相应的模糊语言表示。至此，得到了误差E的模糊语言集合的一个子集e。再有e和模糊规则根据推理的规则进行模糊决策，得到模糊量。5.4.2智能车模糊规则模糊器由3个功能模块组成，即模糊化模块、模糊推理模块和解模糊模块，如图5-5所示。图5-5模糊规则1）编码位置偏差e及其变化率ec是模糊器的2个输入，其中：ecee。模糊器需对这2个精确量进行编码，使其成为模糊量，进而参加模糊i2）模糊化推i-1理。由于传感器所检测到的是精确量，而模糊器需要的是模糊量，所以需要将这些精确量转变成语言变量值，即模糊量。在模糊中，通常将量器

45、的实际值与期望值比较，得到一个偏差e，并将其模糊化处理为模糊量E，根据E来决定如何对系统加以调节。为了使器的性能更好，通常还需要将偏差变化量EC作为输入量，以此对系统进行综合。根据从实际调试中到模糊域中。得到的经验，可以将偏差e、偏差变化ec和3）模糊推理量变化u在智能车系统中，模糊器的输入量为位置偏差E及其相对行驶距离的变化量EC，输出量为速度和方向的量U，所以该模糊器为一个双输入单输出的模糊器。通过对路况进行分析，根据人们开车时的经验，可以得到相应的模糊规则集。将这些模糊规则以程序的形式写到单片机中，从而实现对智能车的控制。当误差为负大而误差变化为正时，说明系统误差已有减小的趋势，所以为了

46、尽快消除误差并且不产生超调，应取正中或正小的量。当误差为负中时，量的变化应尽快消除误差，并且不至于引起超调，基于这种原则，当误差变化为正大时，量的增量可以取为0。当误差为负小接近稳态，若误差变化为负时，选取量变化为正中，以抑制误差往负方向变化；若误差变化为正26本身有趋势消除误山东大学电磁组电石队技术报告差，所以量变化可以选为0。上述选取量变化的原则是：当误差很大或大时，选择量以尽快消除误差为主；而当误差较小时，选择量要注意超调，以系统性为主要出发点。误差为正时与误差为负4）解模糊类同，相应符号都要变化。在智能车模糊器中，对建立的模糊规则要经过模糊推理才能决策出变量的一个模糊子集，它是一个模糊

47、量而不能直接被控对象，还需要采取合理的决策效果。将模糊量转换为精确量，以便最好地发挥出模糊推理结果的5.5智能车速度算法5.5.1PID算法工作原理比例积分微分是过程中应用最广泛的一种规律。实际运行经验及理论分析充分证明这种成果。比例（P）：比例规律用于多数被控对象能够获得较满意的是一种最简单的方式。其器的输出与输入误差信号成比例积分（I）。当仅有比例输出稳态误差。：在积分中，器的输出与输入误差信号的积分成正比。对一个自动系统，如果在进入稳态后稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或有差系统。为了消除稳态误差，在器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增

48、大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动7器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。微分（D）中，器的输出与输入误差信号的微分(即器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例：在微分误差的变化率)成正比。在项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能误差作变化的趋势，这样，具有比例+微分的器，就能够提前使抑制误差的用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+积分微分器能系统在调节过程中的动态特性。5.5.2PID器的参数整定（1）速度检测27山东大学电磁组电石队技术报告速度的检测采用旋转编码器测速装置，小车车轮每转一圈，走过路程为16.7cm(记为L)，小车传动轮有76个齿，旋转编码器齿轮有18个齿，旋转编码器有360线。所以小车车轮转过一周会产生76/18*360=1520个脉冲（记为M）。将小车的测速程序写在中断中，每2ms（记为T）进入中断，将2ms内接受到的脉冲数（记为N）计算一次速度反馈到单片机。计算公式如公式4