工程科信学院飞天一队技术报告

本人完全了解第四届“飞思”杯大学生智能汽车邀请赛关保留、会和飞思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图像资料并将相关内容编纂收录在出版集中。日本智能小车系统以Freescale16位单片机MC9S12DG128作为系统控制处理和控制技术对智能小车的转向和速度进行控制，使小车能够自主识别并实现在调试过程中，利用PC机显示本车头拍摄到的图像，利用labview编制：智能小车系统，MC9S12DG128，加速度传感器，速度检测 第一章 总体方案介 智能车系统概述及框 智能车主要设计与技术参 第二章系统硬件及软件设 系统硬件结构设 系统软件结构设 第三章智能车的机械结构调 车模机械参数的调 轮定位参数的选 头安装及调 差速器的调 舵机的调 舵机的安 舵机的控 其他机械模块调 第四章控制策略设 控制策略概 PID控制算 模糊推理方 第五章智能车硬件制 单片机电路的设 S12微控制器电 时钟电 S12单片机滤波电路设 BDM接口电路设 电源管理模块的电路设 19电源管理电路 20 速度模块的电路设 21编工作原 21编的使 串口部分的硬件设 22串行通信原 MAX232简 MAX232电路图 24第六章程序设计与调试 25开发工 编译环 调试环 智能车图像程 图像程 智能车图像处理程序调试过 智能车图像处理程序策 智能车找点程 智能车舵机控制程序调 智能车舵机控制程序策 智能车舵机控制部分程 速度控制程序调 速度控制策 速度控制部分程 串口部分程序调 智能车系统中串口的功 串口部分的程 开发与调试过程总 第七章参赛总 参考文 附录：源程序代 第一章总体方案一、智能小车以“飞思”公司的MC9S12DG128单片机为控制模块，度快，成本低，但精确度很低；CCD头则是通过图像，动态拾取路径信动电路至关重要。选用“飞思”公司的MC33886主电机驱动，该的智能车系统概述及框图 微处理器S12单片机是系统的部分，它接收图像数据和速度的反馈信息，根据到的图像数据提取黑色的引导线的位置，利用PID算法等控制舵图像采样模块是除S12微控制器外最重要的模块，他负责道路的信息系车速检测模块是用轴脚编测定车速，同时将检测到的车速反馈给S12微舵机驱动模块和电机驱动模块分别用于实现的转向和前进控制智能车主要设计与技术设计主要包括S12微处理器和电路的设计，舵机、电机的驱动电路、速度检长×宽×297×158头1轴编1001-1系统硬件结构设主控用飞思半导体公司生产的16位单片机图像模块采用模拟头提取赛道信息速度检测模块采用轴编智能车的速度路径识别模块由S12的AD模块、传感器和电路组成电源管理模块使用5V的稳压舵机，电机，采用统一提供的器件，就不再讲述系统软件结构设能取得优异的成绩。所以，的软件系统设计对于来说是至关重要。整个的运行过程又可以分为以下的几个步骤首先智能车系统通过图判断是直道还是弯道，指引舵机进行方向的改变，然后速度的反馈，再进行使具有一个相对良好的整体行驶性能。这也就是在接下来的各个分模块中软件设计流程图如图2.1图 第三章。距的调整增加调节块调节缓冲器弹簧的力度等 头是智能车对道路情。进行检测的唯一的途径，头安装的好于坏直接关系到智能车能不能正常的车模机械参数的项参路径检测方法（赛题组车模几何尺寸（长、宽、高（毫米车模轴距/轮距（毫米车模平均电流（匀速行驶）(毫安电路电容总量（微法传感器种类及个模拟头光电编新增加伺服电机0赛道信息检+测空间精度（毫米8赛道信息检测频率（次/秒主要集成电路种类/数 188134063个3205车模重量（带有电池（千克表3-1定位参数的选主销后倾角：越高车轮偏转后自动回正能力越强但回正力矩过大将会引起前正过猛，主销内倾角：前轮外倾角：角。车轮前端向内倾(内八字)，称为Toe-in;车轮前端向外倾(外八字)，称为会增加转向。Toe-out可以使车在进入弯角时获得的转向。由于转弯时靠近以使车的转向更灵活。并且少量的Toe-out可以使车更容易行驶直线。但过大头安装及调在智能车的整个系统中图像模块是一个非常重要的模块而头就是图像模块的。头的安装对图像采样效果和智能车重心有很大影瞻性的同时尽量降低头的高度。图3.3头的安图 差速器的调4适中捏住齿轮使其固定同时转动一侧车轮检查车轮的转动是否迟滞艰涩；3.5舵机的调舵机的，机的响应速度直接影响到过弯时的转向性能响应速度越快转弯时就高舵机的响应速度是提升整个赛段平均车速的一个关键。，输出转向传动比提供了依据。本文对舵机的结构和安装位置进行了研究并作出相应的调整。响应速度，从而提高了整个转向控制的速度。3.6舵机的舵机的转向是由（PulseWidthModulation脉冲宽度调制）技术来进行实时控制的其工作原理是单片机首先对图像传感器回来的信号进行处理，然后根据得到的不同检测信号发出不同占空比的控制信号给舵机，舵机在控其中α为舵机转角，单位是度；L是脉冲宽度，单位是ms宽度的关系如图3.7图3.7，舵机的控制使用MC9S12DG128的0与1口级联成一个16位输出。在为20ms占空比常数为4500对应输出为1.5ms改变占空比常数可以改变输出，其他机械模块调问题。电路板的安装和头的安装在满足功能前提下一定要定要考虑小车的第四章控制是系统软件的操作，对小车的性能有着决定性的作用。方案二：PID要有最有效的加速和机制高效的加速算法使小车能在直道上高速行驶而控制策略概识别小车所处的状态，并根据经验条件对不同情况下的算法组合进行调配与组PDPID，刹车赛道被控对PID算法分别进行比例(P)，积分(I)，微分运算(D)，其结果的和构成系统的控制信PID控制器的数学描述为式4-式4-式中，Kp为比例系数，Ki为积分时间常数，Kd间常数Ki模糊推理方模糊推理方式为IFAANDBTHENC(以A表示误差，用B表示误差变化率，而C则现在稍稍介绍一下我组的系统，我的系统是基于Freescale公司要用的电路都集中在一块电路板上片机电路的单片是是整个电路的部分，它能不能正常的工作决定了整个系统的是5.1导致整个单片机系统无法运行。MC9S12系列单片机的时钟输入接口在其S12XFC(44引脚)需要外部连接滤波电路才能保证其正常运行。同样Freescale也要S12为了降低硬件电路设计的复杂度本系统未引入专门的复位而是采用BDM5.2BDM电源管理模块的电路设图5.3电源管理部分的设计原则是利用LM2940CT-5V为S12单片机、图像模块、伺服电机和速度检测模块提供稳定的5V电压，以保证各个模块能够正常稳定的工作。驱动电机获得的电压越高，它的转速就越快。在整个系统中，电池的电压是最高的，所以将电池与驱动电机直接相连，使驱动电机获得电池相同的电压。稳压LM2940的电路图如图5.4所示:5.4LM2940LM2940-5LM2940-5电源能够在5.5V-25V之间稳定工作 提供的7.2V的电池达不到该电源的上限值较低的工作电压保证了电池的电压较低和电池电压被驱动电机强行拉低以后保证系统能够正常的工作，所以用速度模块的电路设为了使得智能车能够平稳地沿着道路行驶需要进行车速控制使在急编工作原编是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移转换成脉冲或数字量的传感器件,也有人叫它为轴编.这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成.光栅盘是在一定直径的原板上等分地开通若干个长方形孔.由于光电码盘与电机同轴,电机转动时,会带动光栅盘旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,其原理示意图如图4-8所示;通过计算每秒光电编输出的脉冲个数就能反映当前电动机的转速.此外,为判断旋转方向,码盘还可提供相位差90o的脉冲信号。编可以根据检测原理分为光学式磁式感应和电容式编还可以根据刻度我们就是使用了一种增量式编，增量式编是直接利用观点转换原理输出三组脉冲A、B和Z相。它的优点是原理构造简单，机械平均在几万小时以上能力强精度高可靠性高适合于长距离传输其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息，非常适合速度测试。图5.5编原理编的使编的电源分别与电路板上的+5V和0V相接，信号线与单片机的PP7引脚相连，就够成了速度模块的电路图。编的安装已在第三章中说明,并带有,在此不再叙述。智能车在行进的时候带动编一起转动，在转动过程中轴编的信号线不断地向外输出脉冲。MCU中的脉冲累加器工作在脉冲累加我们所使用的编在工作的时候，编轴转三周就会产生500个脉冲，编的齿轮与驱动电机的相同传动比都为18/76在程序上我们规定4ms串口部分的硬件讯。S12单片机内置了2个SCI串行通讯模块。单片机在与PC15V+5~+15VMAX232Max232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的。该器件包含2驱动器、2和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个将TIA/EIA-232-F电平转换成5-VTTL/CMOSTTL/CMS电平转换成TIA/EIA-232-F下图4-12为MAX232图5.6MAX232MAX232电路图5.7MAX23开发工智能车的开发使用提供的CodeWarrior4.6进行软件的编写、调试，编译环CodeWarrior4.6CodeWarrior4.6是Metrowerks公司一套比较著名的集成开发环境，具有直观，易用的优点。具有调试单步运行程序的功能同时能够观察到主程序中定义的所有的变量的值。这能在进行程序错误检查和改正时起到了至关重要的作用。图6.1调试环调试工具应用的是由飞思开发的BDM调试器，支持仿真调试。软件的调试，环境如图6.2图6.2智能车图像调试智能车的头拍摄到的是一些数据存放在单片机中的,这些图6.3智能车图像程的时候，我们只需要将图像的灰度信息保存下来就完成了图像信息。智能车图像策头所到的图像数据是一行一行、一个点一个点地按节拍向单片机升（高电平时数据有效之后循环Y口的数据一次算一个像素点，两次之间不加任何延时这样每一行大约可以到60~100个点而且不。对每一行数据都，程序中每隔4行一行数据，总共70行。在只扫描头的区域，离头越远的地方，拍摄的图像的宽度就越大头拍摄的。图像如图6.4和图6.5图6.4图6.5图像程voidinterrupt56DisableInterrupts;{…}else{…}PIFP=0xff;}智能车图像处理程序调智能车图像处理程序策智能车所取得的一切关于赛道的信息都是通过头获取所以在头点也应该是连续的根据以上信息我们采取的边沿的方法进行检测引导线。 智能车找点程interruptVSYNC_ISR(void){ if(++t_count==50){ if(flag_check==0) }} }voidinterruptHERF(void){unsignedcharj,i=0,kkk;//1行/********************添加近疏远密模块*****************/ 365地二行781-365=416,地三行480,四行{pass=0;for(j=0;j<I_LINE;++j)*(p--)=PORTA;}flag_pro=1;//行完标志if((++row)==I_ROW)//接收完毕0-{}}PIFH=0x01;}智能车舵机控制程序调智能车舵机控制程序策行进的过程中就是一个未必可行的方案了例如在从直道高速进入弯道，度走了相反的方向不大可取第二利用头看得远的特性提前瞻性，但是这样在在速度不合适的情况下就很容易跑出赛道。第三种方法加大舵的调节力度，高速的通过弯道，既保证了稳定的通过的前提，又对的速智能车舵机控制部分程if(offset>=0)}elseview=(offset-ki*(temp3-}}速度控制程序调速度控制策，为进入弯道的过程中明显降低如果值进行最低速度的控制就会出现一个停顿的现象，为了保持速度的连贯性,我们就实时的对的占空比进，速度控制部分程}}voidSpeed_Control(void){ intgap_temp;if(flag_cpd==1){if(gap>0)}else 串口部分程序调智能车系统中串口的功在智能车系统中串口主要是一个辅助调试的功能，根据串口能与PC机通信的特点我们可以把图像模块中的图像发送的PC机中显示出来直观的线的形式显示出来加快PID参数调节的进度在显示数据和PID速度调节的串口部分的程void 发射端程 SCI0BDL=104;//波特率=19200voidSciTx(){for(j=0;j<50;j++){}}voidSciTx1(unsignedchar/*clearwhile(!(SCI0SR1&0x80));/*waitforoutputbufferempty*/}开发与调试过程总块在传感器的布局设计中，我们先后进行了一字形布局，M性能测试，最终选用了低压差稳压片LM2940作为稳压。我们通过对加速和算法进行了多种方案的测试，并加入了测速传感器Freescale的S12单片机和头信号有了深入的了解，增加了对机械方面知识的了解，提高了自己的动手能力。另外，对于CodeWorriorIDE开发环 们学习S12系列单片机的时候，同时也熟悉了CodeWorriorIDE开发环境和BDM调Freescale公司S12路板的制作到整个系统的电路板调试完成；从软硬件分开调试到整个系统的调，是我们自己制作的单板数字头，在最开始的时候经常冲出跑道。经过试验和分析我们判断出头的干扰比较强找点程序不能正确的找出黑色的满意的效果。其实头电还存在不足，比如说，当头看比较远的物体们的前瞻性已经足够了没有继续的改进另外一点就是在电机反转的时候，析和试验，我们发现是在电机反转的过程中造成了稳压的输入电压瞬间降容减少了电机反转对电源对稳压的冲击微控制器死机的问题得到了解决。通过长时间的使用的电路板我们发现电路板的防干扰防止大电流的反向，本车的图像模块设计充分的发挥了其看得宽，看得远的作用，将的时候做到了简单、高效和精确。并且能够分辨出来是直道和弯道,也能将“十”体现了头所拍摄的图像的价值。智能车系统也不必为了检测这些东西而单独的安装传感器进行检测减少了电路的复杂性增加了整个系统的可靠性，在图像模块的数据中提取出来的赛道上的引导线信息后大致可以分为直道，弯道，S道，坡道及其组合。对于不同的赛道应有不同的转向和速度。这就需要进行“赛道优化”“S”“柔性控制不同斜率的黑线采用不同的舵机转向系数。机通过轴角编形成闭环控制，从而避免了开环控制下，因电池电压不同而导致相同的有不同的速度出现。加以改进提高头的分辨率增强的措施扫描出来图像更加的清晰；在整个比模的制作中我们不仅学到了大量的知识锻炼了理论知识转化为能力的过程也培养了大家的科研能力和团队合作的在此对指导过我习的机会，感谢河北工程大学创新董克俭和张永建老师在学习的过程中[1].单片机嵌入式应用的开发方法[M].：[2].HCS12微控制器原理及应用[M].：航空航天大学[3]，等.学做智能车[M].：航空航天大学[4]康华光，.电子技术基础(数字部分)[M].：高等教育[5]，.智能交通系统的现状及发展.交通，2006年8[6]，金华民，.韩国智能模型车技术方案分析.电子产品世界[7]，王琎，.基于面阵CCD的赛道参数检测方法.电子产品世界[8]FreescaleSemiconductor,Inc.MC9S12DG128DeviceUser[9].电动机的单片机控制 .航空航天大 #include#pragmaLINK_INFODERIVATIVE"mc9s12dg128b"externu