第四届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学光电组技术报告.pdf-资料库

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第四届飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：华中科技大学队伍名称：华中科技大学一队参赛队员：方程周波张建强带队教师：何顶新郑南雁

关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第四届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔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视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名：带队教师签名：日期：

目录第 1 章引言 ......................................................................................................... 1 1.1 概述 ............................................................................................................................... 1 1.2 全文安排 ....................................................................................................................... 2 第 2 章智能车总体设计 ..................................................................................... 3 2.1 影响智能车设计的主要规则和限制 ........................................................................... 3 2.2 智能车性能指标要求 ................................................................................................... 5 2.3 智能车系统框架图 ....................................................................................................... 8 第 3 章电路设计 ................................................................................................. 9 3.1 电路系统框图 ............................................................................................................... 9 3.2 电源部分 ..................................................................................................................... 10 3.3 电机驱动部分 ............................................................................................................. 12 3.4 模拟传感器板 ............................................................................................................. 14 3.5 数字传感器板 ............................................................................................................. 15 第 4 章机械设计 ............................................................................................... 17 4.1 车体结构 ..................................................................................................................... 17 4.2 前轮定位 ..................................................................................................................... 18 4.3 车体重心 ..................................................................................................................... 19 4.4 离地高度及底盘刚度调整 ......................................................................................... 20 4.5 差速机构的调整 ......................................................................................................... 20 4.6 舵机的固定 ................................................................................................................. 21 4.7 传感器的固定 ............................................................................................................. 21 4.8 编码器的固定 ............................................................................................................. 22 第 5 章软件设计 ............................................................................................... 23 5.1 程序整体框架 ............................................................................................................. 23 I

5.2 控制算法方案 ............................................................................................................. 23 5.3 上层策略 ..................................................................................................................... 25 5.4 控制算法细节 ............................................................................................................. 27 5.5 巡线算法 ..................................................................................................................... 28 第 6 章调试平台 ............................................................................................... 30 第 7 章全文总结 ............................................................................................... 32 7.1 智能车主要技术参数 ................................................................................................. 32 7.2 不足与改进 ................................................................................................................. 32 7.3 致谢与总结 ................................................................................................................. 33 参考文献 ............................................................................................................. 34 附录 A 源代码 ................................................................................................... 35 II

第 1 章引言第1章引言教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等 4 大竞赛的基础上，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛（教高司函[2005]201 号文）[1]。为响应教育部的号召，本校积极组队参加第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。从 2008 年 1 月开始着手进行准备，历时近 7 个月，经过设计理念的不断进步，制作精度的不断提高，经历 2 代智能车硬件平台及相关算法的改进，最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。作为光电组的华中科技大学一队采用轻质量机械设计、大前瞻传感器和连续化算法处理的基本技术路线，在前瞻距离、噪声抑制、驱动优化、整车布局等方面加强研究创新，在有限计算能力下获得了较高的赛道信息分辨率和准确率。使智能车能够满足高速运行下的动力性和稳定性需求，获得了良好的综合性能和赛场表现。本文将对智能车的总体设计和各部分的详细设计进行一一介绍。 1.1 概述 1.1.1 电路设计飞思卡尔光电组智能汽车硬件主要分为主控板，传感器板。本车在主控板上主要特色为电机使用 H 桥驱动，从性能和扩展性上优于集成驱动器方案。传感器板设计着重考虑提高传感器的前瞻量和信号的抗干扰能力。。 1.1.2 机械设计机械方面，主要是对舵机的安装进行了研究，加长了舵机的连杆，以增加反应速度。另外，主要研究车差速性能的研究以及传感器支架的固定。 1

第四届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 1.1.3 控制程序设计一方面使用免费的μCOS 操作系统，这给智能车的整体调试提供了很多方便；另一方面，在大前瞻传感器的基础上设计出合理的舵机、电机控制算法，在满足稳定性要求的基础上提高速度。 1.1.4 调试平台为了提高调试效率，并在制作的过程中减少控制决策的工作量，在 MATLAB 平台的基础上，设计了相应的数据调试工具，方便对采集的数据进行处理，并对小车的运行参数进行实时监控，达到了事半功倍的效果。 1.1.5 预赛成绩由于华南赛区比赛赛道摩擦力与学校调试环境相差较大，在比赛中没有发挥出较高水平，但是从整体稳定性和赛车速度上在华南赛区靠前，并且以华南赛区第 7 名的成绩获得决赛资格。以下是参数对比：环境速度稳定性抖动本校调试赛道华南赛区赛道约2.3米/秒很稳定不抖动约2.0米/秒很稳定基本不抖动 1.2 全文安排本文在第一章中简要介绍智能车竞赛的情况。本文在第二章中介绍智能车的总体设计。本文在第三章中详细说明电路部分的设计。本文在第四章中详细说明机械部分的改装。本文在第五章中详细说明软件部分的实现。本文在第六章中详细说明调试平台部分的设计。本文在第七章中做全文总结。由于作者水平有限，报告中的错误和不足之处，希望各位读者能及时批评和指证，并提出建议和意见。 2

第 2 章智能车总体设计第2章智能车总体设计 2.1 影响智能车设计的主要规则和限制 2.1.1 赛道方面 1) 智能车运行的跑道是底面由白色宽不小于 60cm 的 KT 板构成，跑道中心有由黑色即时贴做成的 2.5cm 宽引导线。跑道类型包括直道和弯道，弯道引导线的最小曲率半径不小于 50cm[2]。 2) 跑道包括普通赛道和窄道区两部分。普通赛道宽度不小于 60 厘米，窄道区的宽度不小于 45 厘米；图 2.1 窄道区示意图 3) 赛道有一米长的出发区，计时起始点两边分别有一个长度 10 厘米黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。 3

第四届全国大学生智能汽车竞赛技术报告图 2.2 赛道和发车区示意图 2.1.2 电路方面 1) 必须采用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位处理器(单核，9S12X 系列等双核 MCU 不能使用)作为唯一的微控制器，推荐使用 9S12XS128， 9S08AW60 微控制器。每台模型车的电路板中只允许使用一种型号微控制器。8 位微控制器最多可以使用 2 片，16 位微控制器限制使用 1 片；不得同时使用 8 位和 16 位微控制器； 2) 除上述规定的微控制器之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件。 3) 伺服电机数量不超过 3 个； 4) 传感器数量不超过 16 个(红外传感器接受单元计为 1 个传感器，发射单元不计算，CCD 传感器记为 1 个传感器)； 5) 直流电源使用大赛指定的电池； 6) 禁止使用 DC-DC 升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力； 7) 全部电容容量和不得超过 2000 微法；电容最高充电电压不得超过 25 伏。 2.1.3 机械方面 1) 车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和 400mm 长； 4

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