第八届飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告-工大电磁一队

第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：合肥工业大学队伍名称：工大电磁一队参赛队员：芮翔卢琰羽李思璋带队教师：张阳陈丽娟II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八届“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：带队教师签名：日期：III目录摘要..................................................................1Abstract..............................................................2第一章引言........................................................31.1比赛背景.........................................................31.2总体方案介绍.....................................................31.3本文结构.........................................................4第二章机械结构部份的设计及调整........................................52.1整车布局.........................................................52.2转向舵机的安装...................................................52.3传感器的安装......................................................72.4测速传感器的安装..................................................82.5智能车前轮及后轮定位的调整.........................................92.5.1前轮及后轮定位的定义.......................................92.5.2前后轮定位的调节经验......................................112.6车底盘的调整.....................................................112.7后轮差速的调节...................................................11第三章硬件设计.......................................................123.1硬件设计概述....................................................123.2MPC5604BMLQ61M27V单片机系统设计..................................123.2.1单片机特性................................................123.2.2电源电路..................................................133.2.3时钟电路..................................................14IV3.2.4单片机系统引脚分配........................................143.3传感器电路设计....................................错误!未定义书签。3.4直流电机驱动模块设计.............................................173.5测速模块设计....................................................173.6人机交互模块设计.................................................193.6.1NOKIA5510模块设计........................................193.6.2拨码开关电路设计..........................................213.7电源管理模块设计.................................................22第四章算法实现及软件设计.............................................244.1路径识别算法分析及选定...........................................244.2起跑线识别程序设计................................错误!未定义书签。4.3转向舵机控制程序设计.............................................254.4电机控制程序设计.................................................264.4.1基于增量式PID的电机控制算法...............................264.4.2速度分配.................................................264.5系统程序流程图...................................................27第五章智能车系统模块调试.............................................285.1路径探测模块调试.................................................295.2转向舵机调试.....................................................295.3系统调试........................................................30第六章智能车主要技术参数说明.........................................31结论.............................................................32参考文献...........................................................33附录A............................................................34V摘要1摘要本文以第八届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车设计、制作的技术信息。该比赛采用大赛组委会统一提供的1：10仿真车模，以Freescale半导体公司生产的32位单片机MPC5604为核心控制器，采用CodewarriorIDE2.9作为开发环境，自主构思控制策略和算法结构，硬件上采用bts7970用两路PWM波控制电机正反转，传感器采用普通工字电感构成谐振回路，通过感应赛道导线上方的磁场，控制规定车模在50cm宽的赛道上稳定行驶。硬件上通过对汽车动力学理论的学习来优化智能车的机械结构，软件上通过对PID控制，来提高智能车的速度和鲁棒性。关键词：智能车单片机电磁导航PID控制器ABSTRACTThisarticleintroducestheinformationaboutdesigningandmakingthecarinthebackgroundofthe8thNationalIntelligentCarContestforCollegeStudents.Thiscontestadopting1/10EPon-racingcarprescribedbythecontestorganizationcommittee,Usingtheprovided32bitMCUMPC5604offreescalecorporationasthemaincontroller，selectingtheCodewarriorIDE2.9asthedevelopmentenvironment,designthetactics.Usingthebts7970tocontroltherunningdirectionsofthemotorbytwoPWM-waves.AdoptingthenormalDRCOREasthesensor,controlthesmartcartorunonthe50cm-wide-trackbyinducingthemagneticfieldabovethewireatthecenterofthetrack.Bystudyingtheautomobiledynamicstooptimizethemechanisminthehardwareandthecombinationofdifferentcontrol-theoriessuchas第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告2PIDcontrol,wecanmakethesmartcarmoresteadyandmorefastandreachhigherrobustness.【Keyword】Smart-CarMCUElectromagneticNavigationPIDController第一章引言3第一章引言1.1比赛背景智能车是一种高新技术密集型的新型汽车，它涵盖的范围广泛包括模式识别、传感器技术、自动化控制实现、电力电子技术、计算机技术等多个领域。在国际上已经形成智能汽车研究、设计、开发、竞赛的热潮。在我国，教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队合作精神的培养，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办了每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。全国大学生智能汽车竞赛是在竞赛组委会提供的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，通过设计道路识别传感器和电机驱动电路、编写相应软件及装配模型车，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线（路线赛前未知）行进，以完成时间最短者为优胜。智能车竞赛目前已经发展有摄像头与光电组和电磁组三个组别比赛，赛车速度与比赛质量也越来越高，竞争更是日趋激烈。1.2总体方案介绍本智能控制系统可以由传感器、信息处理、控制算法、执行机构、速度反馈五个部分组成。其中，以单片机为核心，配有传感器、测速电路，执行机构以及它们的驱动电路构成了控制系统的硬件；信息处理与控制算法由运行在单片机中的控制软件完成。在检测方面，系统是以电感传感器检测赛道中间的通有100mA，20KHz电流的铜线作为识别路径的手段的，其重点之一就是通过电感传感器来提高获取路径信息的准确度和速度，从而提高智能车的速度及可靠性。在控制方面，系统重点研究大赛指定型号舵机和电机的控制方案及算法。舵机的控制目标：脉宽与转角呈线性变化，能够以较快的速度控制舵机，延迟控制在10ms内，误差控制尽可能的小。电机的控制目标：能根据路况进行快速地加速和减速，使电机尽可能快地接近目标速度，能够获得很好的期望速度，以较快的速度跑完整个赛道。第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告4此外，机械结构的调整是保