北理风行者车队技术报告

使用技术报告和研究的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委版集中。胡胡冬 期本文介绍了半年多来理工大学风行者车队队员们在准备scl智能车大赛过程中的工作努力成果。智能车的硬件平台采用带P512处理器的2环境，软件平台为CodearriorIDE4.开发环境，车模采用大赛统一提供的1：10的仿真车模。文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构和和案，并进行升级，结合Labview仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确PID第一章引 第二章技术方案概要说 第三章机械系统设计说 第四章硬件电路设计说 第五章软件设计说 光电智能车模糊PID控制方 第六章模型车各项参 第七章 参考文 附录A模型车控制主程序代 第一章引、”智能汽车竞赛，并成立了由教育部、自动化分教指委、飞思半导请赛。该竞赛是为了提高大学生的动手能力和创新能力而举办的，具有、”在智能车的开发过程中各参赛队伍需要改装竞模完成只能巡线小车的制作在此过程中需要学习嵌入式系统开发环境与编程方法单片机接反馈电路、智能车舵机控制电路以及能使小车在不驶出赛道的前提下可能快速行驶的控制策略与软件算法第一“飞思杯大学生智能汽车邀请赛已于2006年8月21日在顺利结束。为了使的高校、更赛原则上由有自动化专业的理工类高等本科学校约270余所参赛，每个参2个队；分五个赛区进行预赛，各分赛区的优胜队参加决赛。第五届知识面的拓展和分析问题解决问题的能力的提高很有意义，并且有利于提高大上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。中主要介绍头赛题、东学交通大学。在国内，他们对智能车研究起步的比较早，例如东北、由运行在单片机中的控制软件完成。因此，控制软件的设计是智能车的环节。2.1图 其中MC9S12DG128是系统的部分它负责接收赛道信息小车速度等反S12作进一步分析处理。速度检测模块由S12的增强型捕捉计数模块传感器和电路组成通过检测的实时车速为的车速控制提供控制量。通过速度检测模块实时获取的速度利用连续路径识别算法求得与黑线位置P方法对舵机进行控制，根据检测到的实时车速，结合模糊控制策略对速度进行恰当的控制调整，使在符合比赛规则情况下沿赛道快速前进。开2.2表3-1模型车的底盘结构图如图3.1图 3.2、3.3所示。w3.2RL3.3w2

1 可以将车辆的角速度L

tan3其中，vr为车辆后轮轴中心线速度，L为车辆轴距，为前轮转角。则小车方位偏差evrtane==

其中

路径曲率变化对侧向偏差的影响， 路径为直线时其值为零不考虑车辆侧滑时，车辆前轮轴中心处速度矢量vfvfvr 则侧向偏差

levfcosevfsin 、其中d表示路径曲率变化对侧向偏差变化率的影响。由 6即构成状态变量为le及方向偏差的 、l 0vl

1

tan e 00e

L

主销后倾角是指主销轴线与地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角3.4。10--30。主销内倾角是指主销在汽车的横向平面内向倾斜一个3.5也有使车轮自动回正的作用。将被抬起一定高度；当外力后，车轮就会在重力作用下恢复到原来的中间位置。80。图3.5使用，提高汽车的安全性。一般前轮外倾角为10左右。EX-19的配件来调节前轮外倾角：当所采用的配件上无400410。由于00即可，关键是前轮前束要与之相匹配。图 10.8-18.1mm；0°，0mm3.73.7在模型车制做过程中，的转向是通过舵机带动左右横拉杆来实现的就是优化舵机的安装位置和其力矩延长杆的长度。由于功率是速度与力矩乘积计时就要综合考虑转向机构响应速度与舵机力矩之间的关系，通过优化得到一3.8模型车后轮采用RS-380SH电机驱动，电机轴与后轮轴之间的传动比为76轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行齿轮且不会有碰撞类的杂音后轮齿轮机构就基本上调整好了动力传递十分流，（2.3m/s~3.5m/s，部分驱动力。在实验中调试表明在高速下每跑完一圈，轮胎与轮辋之间通，PCB板子无法利用的结果，同时还可以有以MC9S12DP512为的单片机系统的硬件电路设计主要包括以下几116MHz25V34、BDM接口让用户可以通过BDM头向单片机和调试程序32MHz，作为单片机工作的内部总线时钟。图 4.1.2PLL模块的滤波电路，VDDPLL2.5VC24、C25R2的值是根据晶振、REFDVSYNR寄存器计算得出的。XFC实际上是压控振荡器（VCO）的电压控制端，通过锁相环电电阻的值取得不合适，VCO的控制端电压就会抖动，使整个系统工作不正常。图 PLL的滤波电I/OR10是限流电阻。4.1.30.1μF的电容提供低电平复位信号，而并没有采用复杂的复位。手动复位按钮在系统调试时作用很大。BDM接口是接BDM调试工具向MC9S12DP512单片机程序用的。它直接利用单片机所提供的引脚BKGD即可实现。S124.1.44.1.4S12后期又作出相应修改，将单片机接口的接出，前后两代主控板如下图：图4.1.5一代S12最小系统 图4.1.6二代S12最小系统。由于赛体信息还不知道，所以必须选择合适的路面信息检测传感器。离散磁道钉作为车道参考标记这违背了比赛规则头寻线通过图像，。4.2.1要提高速度在入弯时不出弯道，就必须增加传感器的“视野以便及时。以看到20cm以上的距离，对于的前瞻性大有好处，可以适当把光照调远，由于发射管对接收管会有较大干扰，所以经过反复试验后我们决定4.2.24.2.3，系统赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由给出指令控制其前，题，各部分电路的功能将受到很大的影响。该设计中，s125V电源，速驱动用的是12V电源。考虑到竞赛规定的电源为镍镉蓄电池组，额定电压图4.3.1电源模块结 图4.3.2电源管理模块PCBN沟MOSFETS12输出的波的占空比可S1250%时，电机不转，当50%50%则反转。原理图如下：4.4接并进行通讯。RS-232是异步串行通信中应用最早，也是目前应用最为广泛的标准串行总线接口之一，它有多个版本，其中应用最广的是修订版C，即RS-232C。RS-232原是基于公用网的一种串行通信标准，推荐的最大电缆长度15m（50英尺15m。GK122，使用光电4.6.14.6.24.6.2第五章。块等模块化设计模块主要用来控制舵机和电机的运转；ECT模块主要是用在了测速模块和，捕捉中断并计算瞬时速度；I/O模块主要是用来分配给按键和激光管的触发和输入；SCI模块主要用在无线串口传送模块。。5.1为脉宽信号传至前轮舵机以及驱动电机，从而实现一个周期的控制。5.2PIDPID控制策略其结构简单，稳定性好，可靠性高，并且易于实现。其缺点在成熟性和可操作性上都有着很大的优势。所以最后我们选择了PID的控制方IPIDPDPDPIPID调节器。PDPID控制器。整定时首先置积分时间Ti0.8Td在路径回来的信息中我们采用了数组数据的方式利用10次直道信息是可以认为小车现在正在行驶在长直道上，因此可以加速PID很难PIDD项很难得到真PID控制时很难对车速进行合理的控制，使得车速和舵机转PIDu两个量，下面说明如何处理得到这两个量。（2KHzposlong=(poslong*40+posold*1000)/41;poslong为滤波后的值，poslong为滤波前的值。poslong,err1,err2poslong,err1,err2进行模糊化，通过NB，NS，ZO，PS，PB的范围。POSERR1,ERR2三个语言变量。PID参数以及期望车速为了得到舵机PID参数以及期望车速，首先，我们需要根据上面计算出POSERR1,ERR22个输入，1个输出的模糊控制规则表。PID和期望车速的规则表分别如下：PIDKp的模糊控制Kd的模糊控制规则表。Kp 1234512345注：PB，PS，ZO，NS，NB分别为加乘量，在实际中按需要自行设定。 Kd 1234512300045 1234512SSHMS3MHHM4SMHSS5Kp，Kd和期望车速与之对应。MetroworksCodeWarrior5.3图5.3CodeWarriorCodeWarrior的功能非常强大，可用于绝大部分单片机、嵌入式系统的开发用户可在新建工程时将的类库添加到集成环境开发环境中工程文件一5.4CodeWarrior4.6BFTC实PC指针、设置断点等，这样能快速地帮助我们找到软件或硬件的问题。图5.4Hiwave调试界。在源程序编译、连接通过后，就可以进行程序了前，先将单片文件打开，就可以完成。。的方式实事小车的跑动情况，并实现了调节参数的功能。PID图5.7LabVIEW第六章光电传感器：10个测速传感器：1个总计传感器：11个第七章 1[1]邵贝贝·单片机嵌入式应用的开发方法· ，2004[2]，白焰·摩托罗拉68HC12系列微控制器原理、应用与开发技术·：中国电力，2003[3]童诗白·模拟电子技术基础·：高等教育，2001[4]·数字电子技术基础·：高等教育，1998张宇河，董宁·计算机控制系统·：理工大学，2002陶永华，尹怡欣，葛芦生·新型PID控制及其应用·：机械工业1998强·C程序设计· ，2001侯国屏，，叶齐鑫·LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计·：出2005HCS12SerialCommunicationInterface(SCI)BlockGuideV02.05S12SCIV2/DMetrowerks·IDEHelpforCodeWarriorPlug-inMotorola·MetrowerksSemiconductor,Inc.，2005朱卫华.一种微机与单片机无线串行通信的设计方法.[D]大2002年8月.周斌，李立国，黄开胜.智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究.电子产品世界，2006.5，．技术原理及应用[M]．：理工大学张伟等．Pro高级应用[M]．.人民邮电 #include<hidef.h> /*commondefinesandmacros*/#include<mc9s12dp512.h> /*derivativeinformation*/#pragmaLINK_INFODERIVATIVE"mc9s12dp512"#defineTIME_INTER3 //1000ms=1sunsignedintGet_pulse=0;constfloatMOTKP=0.05263;constfloatMOTKI=0.05263;constfloatMOTKD=0.005263;signedintMot=1000;signedintDD;signedintn1;int///*PID控制参数intunsigned unsignedintU1=2400,KP=0,KI=7,U2=0;staticunsignedcharN1=14,i=0;//////////////////Kp变化signedintdhooseflag=0;//选择策略表signedintP6=150;//145;//13;signedintP5=135;//12;signedintP4=120;//11;signedintP3=110;//10;signedintP2=105;//9;signedintP1=95;//8;signedint////////////////Kd变化signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=60;signedintD4=50;signedintD3=40;signedintD2=15;signedintD1=10;signedintD0=0;////*PID控制参数*////////signedinte2=0,e3=0,n2=0,e1=0;floatu=0,Kp=0,Kd=0;staticunsignedcharz=9,Flag=0,flag1=0,flag2=0;signedintLap1=0;signedintLapsignedintLapNum=0,delay1=0;signedintLNum=0;intFLAG=0;intL=0;signedintV6=120;signedintV5=130;signedintV4=100;signedintV3=85;signedintV2=70;signedintV1=60;signedintignedintsigned unsignedlong signedintPOS=0,Sensorlast=0,M,B,ERR1=0,ERR2=0;signedintfloatj11=1,j10=0.0012;//j14=30;//0.0012;unsignedint ////////*PID控制*//////////voidPID_Speed(void){ DD=(800*DD+200*(signedint)(DD*(float)(e3-2*e2+e1)))/1000; 1.82.7{u=1;}elseif(u<0&&u>- {u=25;}elseif(u<-25){u=-25;} if(Mot>1999){Motif(Mot<1){Mot=1;} }void{ } } } } ////+} ////} } } }//////////////////////pD////////////////////////if(k2==0x01)////Pd稍-{//////////////////Kp变化////////////////////signedintP6=145;//145;//13;signedintP5=130;//12;signedintP4=115;//11;signedintP3=110;//10;signedintP2=105;//9;signedintP1=95;//8;signedintP0=85;//7;////////////////Kd变化signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=50;signedintD4=40;signedintsignedintD2=15;//20;//30;signedintD1=10;//20;signedintD0=0;}if(k2==0x02)/Pd稍{//////////////////Kp变化////////////////////signedintP6=140;//145;//13;signedintP5=130;//12;signedintP4=120;//11;signedintP3=110;//10;signedintP2=105;//9;signedintP1=95;//8;signedintP0=85;//7;////////////////Kd变化signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=50;signedintD4=40;signedintsignedintD2=15;//20;//30;signedintD1=10;//20;signedintD0=0;}if(k2==0x03/Pd稍{//////////////////Kp变化////////////////////signedintP6=145;//145;//13;signedintP5=130;//12;signedintP4=115;//11;signedintP3=105;//10;signedintP2=95;//9;signedintP1=80;//8;signedintP0=70;//7;////////////////Kd变化/////////////////////signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=50;signedintD4=35;signedintsignedintD2=15;//20;//30;signedintD1=10;//20;signedintD0=0;}if(k2==0x04)////Pd稍{//////////////////Kp变化signedintP6=140;//145;//13;signedintP5=130;//12;signedintP4=115;//11;signedintP3=105;//10;signedintP2=95;//9;signedintP1=85;//8;signedint////////////////Kd变化/////////////////////signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=50;signedintD4=30;signedintsignedintD2=15;//20;//30;signedintD1=10;//20;signedintD0=0;}if(k2==0x05)/Pd稍{//////////////////Kp变化////////////////////signedintP6=130;//145;//13;signedintP5=120;//12;signedintP4=115;//11;signedintP3=105;//10;signedintP2=95;//9;signedintP1=85;//8;signedintP0=80;//7;////////////////Kd变化signedintD7=80;signedintD6=70;signedintD5=50;signedintD4=35;signedintsignedintD2=15;//20;//30;signedintD1=10;//20;signedintD0=0;}{} } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } }}void{ ((kc&0x06)==0x06||(kc&&&((kc&0x60)!=0x00||((kb&0x01)!=0x00||(kc&0x80)!=0x00))&&((kc&0x30)!=0x30&&(kb&0x03)!=0x03) {

((kb&0x18)==0x18||(kb&&&((kc&0x60)!=0x00||(kb&0x01)!=0x00||(kc&0x80)!=0x00)&&((kc&0x30)!=0x30&&(kb&0x03)!=0x03)){}////////*PID控制*//////////voidPID_Steer(void){{U1=steermin;}}voidInit(void){DDRK=0xc0;//ADDRB=0x00;//BPUCR=0x12;//A、BPOL=0xFF;CLK=0x2A;PRCLK=0x11;CAE=0x00;SCLA=0x01;SCLB=0x05;CTL=0xF0;PER23=16000;316000//pp3DTY23=steermid;3PER45=2000;1DTY45=1000;//170E=0x2A;//E=0x0A;//通道1使能//通道3使}void{TCTL40X20TCTL4 PACTL=0x40;//PBCTL=0x40; ICPAR=0XC0;//ICPAR=0X03; 32=MCCTL=MCCTL&0Xfb;//模数计数器运MCCTL //MCCTL=MCCTL|0X04;//模数计数器使能T=1000;//2000;//(1/32M)*16*2000=MCCTLMCCTL|0X08}#pragmaCODE_SEGNEAR_SEGinterrupt {staticunsignedintnumber_count;MC=number_countif( //1{Get_pulse= 32}if(j12>3000){if(delay2>=2000*miao)//40000} {}}{{case0:L=1;case1:L=1;case2:L=1;case3:L=1;}}} if(stopflag>3000)}if(kc==0xf7&&kb==0x3f){N1=7;}if(kc==0xcf&&kb==0x3f){N1=10;}if(kc==0xdf&&kb==0x3f){N1=11;} if(kc==0xbf&&kb==0x3f){N1=13;}if(kc==0x3f&&kb==0x3f){N1=14;} if(kb==0x3e&&kc==0x7f){N1=16;}if(kb==0x3e&&kc==0xff){N1=17;}if(kb==0x3c&&kc==0xff){N1=18;}if(kb==0x3d&&kc==0xff){N1=19;}}}}N1=25;N1=26;}{}err2=(err2*10+err1)/11;//err2=(err2*20+err1)/21;if(err1<=-2420)err11=err1 elseif(err1>=2420)err11=err1-2420;elseerr11=0;if(err2<=-1950) elseif(err2>=1950)err22=err2-1950;elseerr22=0;}else }elseif(err11<=4000&&err11>3000){}else }elseif(err11>5000&&err11<=6000){}elseif(err11>=6000){} elseif(Sensor>-10&&Sensor<=-6) elseif(Sensor>=-2&&Sensor<=2) elseif(Sensor>2&&Sensor<6) elseif(Sensor>=6&&Sensor<10) else if((err22>=-2100)&&(err22<-1400))ERR2=1; ///////////////////////////////KpKd/////////////////////////////{{case {case0:Kp=P6;Kd=D7;break;case1:Kp=P6;Kd=D7;break;case2:Kp=P6;Kd=D6;break;case3:Kp=P6;Kd=D5;break;case4:Kp=P5;Kd=D5;break;case5:Kp=P5;Kd=D6;break;case6:Kp=P2;Kd=D7;break;case7:Kp=P0;Kd=D7;break;case8:Kp=P3;Kd=D0;case

}{case0:case1:case2:case3:case4:case5:case6:case7:case8:}}case2: {casecasecasecasecasecasecasecasecase}case

{casecasecasecasecasecasecasecasecase}}case4:{caseKd=D6;caseKd=D4;caseKd=D2;caseKd=D0;caseKd=D0;caseKd=D2;caseKd=D4;caseKd=D6;caseKd=D0;case5:

}{case0: Kd=D7;break;case Kd=D6;caseKd=D4;caseKd=D2;caseKd=D2;caseKd=D4;caseKd=D6;caseKd=D7;caseKd=D0;}}break;case6:{{caseKd=D7;caseKd=D7;caseKd=D6;caseKd=D5;caseKd=D5;caseKd=D6;caseKd=D7;caseKd=D7;caseKd=D0;}}}}{{case

{case0: Kd=D7;case1:Kp=P6;Kd=D7;break;case2:Kp=P5;Kd=D6;break;case3:Kp=P4;Kd=D6;break;case4:Kp=P5;Kd=D4;break;case5:Kp=P5;Kd=D3;break;case6:Kp=P4;Kd=D2;break;case7:Kp=P3;Kd=D2;break;case8:Kp=P2;Kd=D2;}}case {case0:case1:case2: