飞思卡尔电磁组技术报告.pdf-资料库

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第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：杭州电子科技大学队伍名称：钱江一号队参赛队员：谢英强江晨露王科祥带队教师：黄继业吴占雄 2011年8月8日

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五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关于保留、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：谢英强江晨露王科祥带队教师签名：黄继业吴占雄日期： 2011年8月8日 II

摘要本文介绍了杭州电子科技大学钱江一号队队员们在准备第六届飞思卡尔智能车大赛中的工作成果。智能车的硬件平台采用带MC9S12XS128 处理器的S12 环境，软件平台为CodeWarrior IDE 开发环境，车模采用大赛组委会统一提供的B 型仿真车模。文中主要介绍了智能小车控制系统的机械结构、软硬件结构及设计开发过程。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略的优化等多个方面。车模以MC9S12XS128单片机为控制核心，以安装在车体前的工字电感作为循迹传感器，采用干簧管检测起跑线，以旋转光电编码器检测速度信息。车模系统的简单工作原理是MC9S12XS128单片机采集工字电感感应电压的模拟量和干簧管的导通状态，结合舵机控制算法控制舵机转角，单片机再综合赛道信息并结合旋转光电编码器的速度反馈信号，利用电机控制算法控制速度变化。结合MATLAB软件仿真和C#自制软件的监控调试，最终确定了各项控制参数。关键字：智能车、PID控制、上位机、MATLAB、电磁寻迹 III

目录第一章引言 ..........................................................................................................................1 1.1 概述 .................................................................................................................................1 1.2 整车设计 ..........................................................................................................................2 1.2.1车辆布局 ................................................................................................................2 1.2.2 控制简述................................................................................................................4 1.2.3 电磁组优势与劣势....................................................................................................4 1.3 小结.......................................................................................................................................5 第二章机械设计与修改 .....................................................................................................6 2.1 前轮定位 .........................................................................................................................6 2.1.1 主销后倾 .............................................................................................................6 2.1.2 主销内倾 .............................................................................................................7 2.1.3 前轮前束 .............................................................................................................8 2.2 底盘高度 .........................................................................................................................8 2.3 主动悬挂 .........................................................................................................................9 2.4 传感器支架 ...................................................................................................................10 2.5 舵机的安装.....................................................................................................................10 2.6 差速调整.........................................................................................................................11 第三章硬件设计 ...............................................................................................................12 3.1 硬件电路整体架构设计.................................................................................................12 3.2 单片机最小系统板电路设计 .......................................................................................12 3.3 传感器设计 ...................................................................................................................13 3.4 信号放大电路设计 .......................................................................................................14 3.5 检波电路设计 ...............................................................................................................16 3.6 起跑线检测电路 ...........................................................................................................16 3.7 电机驱动电路设计.........................................................................................................17 3.8 舵机驱动电路设计 .......................................................................................................18 3.9 液晶按键电路设计 .......................................................................................................19 3.10 系统电源电路设计.......................................................................................................20 3.11 系统主板电路设计.......................................................................................................20 3.12 小结...............................................................................................................................21 第四章软件系统设计 .........................................................................................................22 4.1 软件控制的总体思路 ....................................................................................................22 4.2 主程序结构 ...................................................................................................................22 IV

4.3 主程序的运行 ...............................................................................................................22 4.4 循迹子程序设计 ...........................................................................................................23 4.5 舵机打角子程序设计 ...................................................................................................23 4.6 速度控制子程序设计 ...................................................................................................24 4.7 小结 .............................................................................................................................. 24 第五章开发工具、制作、安装、调试过程说明 .......................................................26 5.1 Codewarrior IDE的安装与使用 .....................................................................................26 5.2 工程的创建 ...................................................................................................................26 5.3 程序源代码的编辑、编译与链接 ...............................................................................28 5.4 BDM调试 .......................................................................................................................28 5.5 现场调试 .......................................................................................................................30 5.6 调试中遇到的问题及解决过程 ...................................................................................31 第六章车模技术参数说明 .................................................................................................33 6.1 车模主要技术参数 .......................................................................................................33 6.2 设计过程中用到的主要软件工具 .............................................................................33 第七章总结 ........................................................................................................................34 致谢 ................................................................................... ……………………35 参考文献 ..............................................................................................................................36 附录A 程序源代码附录B 电路设计图 V

第一章引言 1.1 概述飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，涵盖了机械、模式识别、电子、电气、传感技术、计算机、自动化控制、汽车理论等多方面知识，从一定程度上反映了当代大学生综合运用所学知识和探索创新的精神。同时该赛事是教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201 号文)，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办的全国性、多学科交叉、趣味性、创新性赛事，旨在加强大学生实践与团队合作精神，促进高等教育改革。竞赛规则透明，评价客观标准，坚持公开、公平、公正的原则，从而保持了竞赛的健康、普及、持续的发展。鉴于飞思卡尔全国大学生智能车竞赛已成功举办了5届，大赛前年为了扩展赛道检测的多样化和锻炼学生的各项能力，在原来的CCD组与光电组基础上新增以20 KHZ、100ma交变电流（方波）为引导方式的电磁组。学校积极响应教育部关于加强大学生的创新意识、合作精神和创新能力的培养的号召，成立智能车队伍参加比赛。我们积极组队参加第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车比赛，多方搜索资料。由于电磁组的信号采集与CCD组和光电组有很大差别，所以我们延续了去年很多学校包括杭州电子科技大学在内所使用的工字谐振电感作为传感器来检测信号，加以合理的传感器布局，经过后续电路处理，完成对赛道信号检测并以此来控制车子的转向和行驶速度。关于软件，我们采用鲁棒性较强的PID控制算法来作为车子的主导控制。为满足智能车在高速与急转等恶劣情况下的动力性能和稳定性能，我们参考了前几届的队伍参赛经验，经过深思熟虑对整车经行了合理的重心与电路等的布局。本技术报告主要讲述钱江一号智能车的制作历程，包括机械和硬件的设计、改装，HCS12单片机的学习和使用，控制算法的研究与应用，车模机械参数的讨论和修改等。 ‐ 1 ‐

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