6.1 6.2
编译环境 ......................................................................................................... 20 初始化模块 ..................................................................................................... 21 6.2.1 6.2.2 6.2.3
时钟初始化 ...................................................................................... 21 AD初始化 ......................................................................................... 21 PWM初始化 ....................................................................................... 22
6.3 总结 ................................................................................................................. 23
第七章 基于PID控制器的智能车控制系统 ......................................................... 24 7.1 7.2
PID控制器简介 ............................................................................................. 24 基于PID控制器的双舵机转向控制策略 .................................................. 25 7.2.1 7.2.2 7.3
7.3.1 7.3.2 7.4
HTIL（Head and Tail In a Line）算法 ......................................... 25 HTIC（Head and Tail Independently Control）算法 .................. 26 电机PID调速控制算法 ................................................................. 28 电机速度给定律 ............................................................................. 28
电机PID速度控制算法 ................................................................................ 28
总结 ................................................................................................................. 28
第八章 结束语 ............................................................................................................. 29 致 谢 ............................................................................................................................ 30 参考文献 ....................................................................................................................... 31 附 录 ............................................................................................................................ 32 附件A LM2907 F/V转化数据表 ................................................................................ 32 附件B 源程序 .............................................................................................................. 33 附件 C 基于AD采样的光电传感器阵在智能车中的应用 ................................ 46
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第一章 引 言
智能车有着极为广泛的应用前景，作为智能车——路径系统（Intelligent Vehicle—Highway Systems，简称IVHS）的重要组成部份，智能车在世界各国的研究随着计算机技术、网络技术、通讯技术的飞速发展而不断深入。
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。迄今为止，“飞思卡尔杯”全国智能车大赛已经成功举办了两届。随着第三届“飞思卡尔杯”全国智能车大赛在全国范围内如火如荼的进行，越来越多的学校组建队伍参加本次比赛。
南京航空航天大学参赛队伍Snail队的智能车系统采用组委会规定的标准车模，以飞思卡尔半导体公司生产的16位单片机MC9S12DG128 为核心控制器，在CodeWarrior IDE开发环境中进行软件开发。本系统综合了传感器检测，自动控制，信号处理，单片机，机械设计等技术，控制小车在大赛给定赛道上完成自主寻迹，并使智能车在绕赛道行驶两圈之后，自动停在距离起跑线三米以内的范围内。
本文作者通过对智能车机械部分的改造，实现光电传感器与小车前轮同步转动，以加快过弯速度。在硬件方面，包括电源管理模块、电机驱动模块以及测速反馈模块，其中，电源管理模块通过稳压芯片TPS7350和LM317，将电池提供的7.2V电压转换成控制电路所需的稳定的电压值；电机驱动模块采用四片MC33886电机驱动芯片并联供电，以减小芯片发热量，增加芯片的电机驱动能力；测速反馈模块将测得的后轮转动频率通过F/V转换芯片转换成为电压值反馈给主控制器以便进行相应的实时操作。在软件方面，通过一定的算法，将前排光电传感器对赛道的黑白两色的采样值(即采样模拟量)转化成为数字量，以适应不同的比赛场地，减小扰动因素，并为十字路口和上下坡的检测提供了比较参数。对舵机采用基于PID的HTIC（Head and Tail Independently Control）控制算法；对电机转速采用基于双极型驱动的PID控制，使其能够快速加减速，并具有良好的稳定性。
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第二章 系统总体方案设计及车模各项参数
通过光电传感器识别前方赛道信息，确定电机的期望速度，速度检测模块检测电机速度，将速度信号反馈给单片机，通过PID调节控制小车速度，使整个系统能够稳定快速的运行。这就是本次竞赛智能车的设计思想。
2.1 系统总体框图
一般说来，智能车主要由如下几个方面组成：检测体系，控制决策体系，动力体系。其中检测体系主要有两个选择：红外反射式红外传感器和CCD视频传感器。控制决策体系采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12DG128作为主控芯片，动力体系主要控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程为，检测体系采集路径信息，经过控制决策体系分析和判断，由动力体系控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。
系统采用7.2伏电池供电，通过电源管理模块将电压转换成为其余各模块所需的稳定的电压值；用四片MC33886电机驱动芯片并联驱动电机；传感器部分采用15对光电传感器等间距一字横排；通过频——压转换芯片将测得的后轮转动频率转换成相应的电压值反馈给控制器；控制器对传感器采集到的数据进行分析运算，进而控制舵机的转向和电机的转速。
系统总体框架如图2.1.1所示：
光电传感器 稳压源 PID电机驱动 速度传感器 MC9S12DG128单片机 图2.1.1 系统总体结构框图
舵机控制 2
第二章 系统总体方案设计及车模各项参数
2.2 系统的硬件参数
系统的硬件参数见表2.1.1：
表2.1.1：系统的硬件参数
项目 路径检测方法（赛题组） 参数 光电 车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米） 390*245*150 车模轴距/轮距（毫米） 车模平均电流（匀速行驶）(毫安) 电路电容总量（微法） 传感器种类及个数 新增加伺服电机个数 赛道信息检测空间精度（毫米） 赛道信息检测频率（次/秒） 主要集成电路种类/数量 车模重量（带有电池）（千克）
198/137 2000 1800 1个测速传感器，前排15个光电传感器 1 8.8mm 1000 4/8 1.1 2.3 车模外观
车模采用大赛组委会统一提供的1/10 EP ON-ROAD RACING CAR，前排15对光电传感器等间距一字横排，相邻两对传感器间距大约为17毫米，传感器电路板能够左右转动，并与小车前轮转向保持一致，转角保持一定规律的联系。在车模前半部分固定了双舵机，分别控制前轮和传感器的转向。此外，将电源管理模块、电机驱动模块、测速反馈模块和主控制器模块固定在车体上，并对车模在大赛规则允许的范围内进行了一定的机械改造，以降低小车的重心。
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第三届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
车模最终外观如图2.3.1所示：
图2.3.1车模外观图
2.4 总结
我们本着公平、诚信的原则，对智能车系统地设计严格遵守第三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛的比赛规则，在控制算法、传感器信息处理、电源管理、测速反馈等方面做了深入探讨并提出了自己的创新的设计思路。经实践检验，本智能车系统能够平稳高速寻线
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