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LABVIEW_智能小车毕业设计山东科技大学.doc

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.31M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    山东科技大学学士学位论文 摘要 清华大学承办的第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛，要求 参赛者在提供的模型车体及主控制器芯片基础上，设计制作具有自主道路 识别能力的智能赛车，在赛道上以最快速度完成赛程者为优胜。 本课题以智能车比赛为背景，以缩短智能车控制算法的开发周期为目 的，基于虚拟仪器 LabVIEW 开发了智能车仿真软件，为智能车比赛提供 可以离线验证控制算法的软件平台。 本文首先对智能车仿真模拟系统的运行模型进行了分析，主要包括赛 道设计、赛车设计、进行仿真和结果回放四个部分，然后根据这几部分进 行软件开发，但在实际开发中并没有完成所有功能，只完成了其中智能车 仿真系统的一部分，并对该部分的开发过程进行了详细的分析。 关键词：LabVIEW；仿真；智能车；虚拟仪器 I
    山东科技大学学士学位论文 ABSTRACT Tsinghua University hosted the firth college student competition, the "Freescale" Cup. The participants are required to provide the intelligent vehicle model capacity of the self-road-recognize based on the designed model-car and the micro-controller chip. The winner was the first one finished the race on the right road. Based on this competition, this paper, aims at reducing the development period of the control algorithm, provides the software platform for the off-line test of the race car control algorithm by using LabVIEW. This paper firstly intelligent vehicle simulation system operation model are analyzed, a simulation analysis system has four functions, namely the circuit design, the car carries on the simulation, and design, and then according to the results of playback software development, but the framework in developing and not intelligence, only completed the car mode, and the system in the development process of parts are analyzed in detail. the functions of finished all Key word: LabVIEW; simulation; Intelligent vehicle; Virtual instrument II
    山东科技大学学士学位论文 目录 摘要......................................................................................................I ABSTRACT...................................................................................... II 1.绪论.................................................................................................. 1 1.1 课题研究的背景 ..........................................1 1.2 本课题研究的内容和意义 ..................................1 1.3 中国大学生智能车设计竞赛 ................................3 2.智能车仿真系统的开发软件......................................................... 5 2.1 开发工具 LabVIEW 概述 ................................... 5 2.2 LabVIEW 的基本概念 ......................................6 2.3 LabVIEW 的操作模板 ......................................9 2.4 LabVIEW 中的基本数据类型及其相互转换 ...................17 2.5 LabVIEW 平台的特点 .....................................21 3.仿真软件的设计............................................................................23 3.1 建立赛道功能模块 .......................................23 3.2 建立智能车功能模块 .....................................25 3.3 仿真功能模块 ...........................................26 3.4 数据分析功能模块 .......................................28 4.智能车仿真系统程序....................................................................29 4.1 流程图介绍 ............................................ 29 4.2 程序代码及注释 .........................................30 5.总结与展望....................................................................................51 5.1 本文主要研究成果 .......................................51 5.2 下一步的研究方向 .......................................52 5.3 展望 ...................................................53 参考文献........................................................................................... 54 致谢................................................................................................... 56 III
    山东科技大学学士学位论文 附录................................................................................................... 57 IV
    山东科技大学学士学位论文 1.绪论 1.1 课题研究的背景 近年来，随着经济的发展和社会的进步，道路的通行能力、交通的安 全性、能源的损耗、环境污染等问题越来越突出。车辆在交通拥挤的市区 行使驾驶人员必须完成大量的换档和踩离合器的工作，大约在每分钟完成 20~30 个手脚协调动，繁重的驾驶工作和驾驶人员的疲劳是交通事故频发 的重要原因。随着经济的发展，车辆拥有量的增加，非职业驾驶人员的人 数增多，是导致交通事故频繁发生的又一重要原因。交通问题已经成为全 球范围令人困扰的严重问题，因此，如何提高交通安全性己经成为急需解 决的社会性问题。道路偏离系统、疲劳检测系统、自动巡航控制等都可以 大大减轻驾驶人员的驾驶工作，提高交通系统的安全性。这些问题的解决 引发了新的研究和应用的热点，比如自动车辆驾驶，通过计算机控制、人 工智能和通信技术实现更好的通行能力和更安全的行驶[1][2]。 从汽车出现的时候起，人们就有了汽车自动驾驶的设想。随着相关学 科的不断发展，使得人类的这一梦想逐渐成为现实。上海交大的 CyberC3 项目组，开展了面向城市环境的无人自动驾驶车辆研究，目的是为未来的 城市提供一种灵活、高效、安全、环保的新型公共交通工具。另外，美国 国防远景研究规划局从 2004 年开始，每年举办无人车大奖赛，赛车需要 自主地穿越沙漠地带，总行程达 240 公里。2006 年 8 月在清华大学举办 的智能车大赛就是在这样的背景下应运而生的。 1.2 本课题研究的内容和意义 在智能车的实际设计过程中，面临着如下几个问题：第一，为了测试 1
    山东科技大学学士学位论文 赛车在不同的赛道上都有稳定的发挥，就不得不制作出各种形式的赛道来 测试赛车的性能，但是在实际中，不可能为智能车设计各种各样的比赛赛 道来试验智能车的比赛效果，在经济上和效率上都是不能被接受的；第二， 一个控制算法的实现和验证也需要有一个周期，在比赛设计的有限时间 里，选择合适的控制算法，并且试验它的有效性，是一个比较艰巨的任务， 如何快速验证我们所设计的控制算法，缩短开发周期，在有限的时间里尽 可能开发出最好最优的控制算法，对我们提出了挑战；第三，分析车的运 行过程进而分析车的控制方法是分析和优化控制算法的一个有效途径，实 际上车的运行是一个快速的过程，是转瞬即逝的，很难把车的实际运行过 程复现出来的，这样就缺失了有效的分析方法。这些问题都是能够顺利完 成比赛的不可避免的障碍。 基于以上的问题，为了能够快速的验证智能车的设计方案，缩短其开 发周期，让参赛队伍有充足的时间来研究更合适的方案和策略，需要有一 个软件仿真平台。 本文对智能车的运行过程进行分析，研究了智能车整体运动过程，对 其 运 动 过 程 的 各 环 节 建 立 了 数 学 模 型 ， 并 且 利 用 了 虚 拟 仪 器 软 件 LabVIEW 为智能车比赛开发了一个比赛仿真以及理论实验平台，以此实 现以下几个部分的功能： 1） 赛道建模：可以根据实际赛道的尺寸大小建立起软件的比赛 赛道。 2） 赛车建模：对赛车基本参数的设置以及路径检测方案的设计。 3） 控制算法的仿真实验：可以设计好自己的控制算法对赛车进 行运行仿真。 4） 比赛仿真的后期分析：可以根据运行过程中保存的数据对运 行过程分析，可以对控制算法进行优化。 2
    山东科技大学学士学位论文 最后对赛车转弯时间最优问题进行了研究，提出三种转弯策略，通过 仿真比较给出了缩短比赛时间，提高比赛成绩的较好的转弯策略。 1.3 中国大学生智能车设计竞赛 在学习韩国大学生智能汽车竞赛后，我国也组织了自己的大学生智能 汽车竞赛，以加强大学生实践能力、创新能力和团队精神的培养。飞思卡 尔半导体公司作为比赛的协办单位，从而成立里“飞思卡尔”杯大学生智能 汽车设计竞赛。所设计的智能车模型如图 1.1 所示。 图 1.1 智能车模型 1.3.1 中国大学生智能车设计竞赛简介 我国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，是在统一汽车模型平台上， 使用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位微控制器作为核心控制模块，自 主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、动力电机驱动、 转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于 3
    山东科技大学学士学位论文 指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国 决赛区的场地比赛。参赛队伍之名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比 赛时间为主、技术报告和制作工程质量评分为辅来决定[3]。 1.3.2 中国大学生智能车设计竞赛的意义 全国大学生智能汽车竞赛是教育部为了加强大学生实践、创新能力和 团队精神的培养，在己举办的全国数学建模、电子设计、机械设计、结构 设计等 4 大专业竞赛的基础上而设立的第五项大学生设计竞赛。该竞赛与 已举办的教育部 4 大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵 盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科 交叉的科技创意性比赛，这对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生 获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养硕士生从事科学、技术研究 能力，培养博士生知识、技术创新能力具有重要意义。 4
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