第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
5.7 PID控制 ...................................................................................................................... 26 第六章 开发制作与调试 ....................................................................................................... 27 6.1 开发工具 ..................................................................................................................... 27 6.1.1 软件开发平台 ..................................................................................................... 27 6.2 系统调试 ...................................................................................................................... 28 6.2.1 硬件调试 ........................................................................................................... 29 6.2.2 软件调试 ........................................................................................................... 29 第七章 结论 ......................................................................................................................... 31 7.1 模型车主要技术参数说明 ........................................................................................ 31 7.2 总结 ............................................................................................................................. 31 7.2.1 智能车的制作 ..................................................................................................... 32 7.2.2 开发所遇到的问题和解决方案 ......................................................................... 32 7.2.3 存在问题 ............................................................................................................. 32 7.2.4 心得体会 ............................................................................................................. 33 参考文献 ................................................................................................................................. 35 鸣 谢 ........................................................................................................................ XXXVI 附件：程序源代码 ................................................................................. 错误！未定义书签。
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第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
第一章 引言
1.1 赛事介绍
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导分委员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。2009年8月26日，在北京科技大学举行第四届全国大学生智能车竞赛。本届的比赛，首先是在全国五大赛区进行预选赛，之后将有104只赛车到北京进行总决赛。在比赛中，参赛选手须使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，推荐采用飞思卡尔16控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，自主构思控传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加场地比赛。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，技术方案及制作工程质量评分为辅来决定，车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和400mm长，高度无限制，跑道宽度不小于600mm，跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm，并且跑道有坡道，进入窄道区由黑色三角标识。
1.2 方案介绍
在方案设计的过程中，我们参阅了很多院校的往届大赛技术报告，如清华大学、北京科技大学、东北大学等等。在国内，他们对智能车研究起步的比较早，例如清华大学首创记忆算法、北京科技大学创先使用激光管。但是，基于本次大赛的比赛要求，即车跑一圈结束后停车便算入成绩，如果不停车则在原有成绩上多加1秒，所以我们采取跑一圈停车的策略。由车手根据跑道的情况，通过拨码开关，适当改变参数。这样有利于更稳定的完成比赛。对于LED组来说，提高小车的速度和稳定性，其实际问题是如何更早且更好的提取到赛道信息。所以我们采取的策略是传感器尽量远的检测跑道信息，急时的作出处理，来实现我们的目标。这样不仅可以提高赛车的前瞻性，使赛车的稳定性提高。对赛车状态进行人工校正，提高成绩。
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1.3 技术报告内容安排
本技术报告的正文分为四个部分。第一部分是对整个系统实现方法的一
个概要说明，主要内容是对整个技术方案的概述；第二部分是对系统机械结构的说明，主要介绍系电路板的固定和安装、前轮参数调整和舵机的升高等；第三部分是对硬件电路设计的说明，主要介绍系统传感器的设计及其他硬件电路的设计原理、创新点和实现过程等；第四部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是智能模型车设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。
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第二章 技术方案概要说明
本模型车的制作的主要思路是利用光电传感器来判别前方的跑道轨迹，并将信息采集到9S12单片机中。在9S12单片机中利用一定的算法来控制模型车的运行状态。
模型车的控制系统包括电源管理模块、MCU模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、转速测量模块、按键控制模块等。在整个系统中，由电源管理模块实现对其他各模块的电源管理。其中，对单片机、光电管、测速电路、按键电路提供5V电压，对舵机提供6V电压。
本模型车是由后轮驱动的，路径识别模块则采用光电传感器寻迹方案。即路径识别电路由14对光电发送与接收管组成。由于赛道中存在轨迹指示黑线，落在黑线区域内的光电接收管接收到反射的光线的强度与白色的赛道不同，进而在光电接收管两端产生不同的电压值，由此判断行车的方向。路径识别模块会将当前采集到的一组电压值传递给MCU模块。转速测量模块则安装在车尾部，它会测量出模型车行驶过程中的瞬时速度。按键控制模块会设定模型车在行驶过程中一些较重要的参数，如：直道速度、弯道速度等。测量出的瞬时速度将输入到单片机中，以帮助分析确定模型车下一步的速度、转角等。MCU模块会根据按键的设定值，路径识别模块采集到的电压值以及转速测量模块反馈回的瞬时速度值等综合分析，采用一定的算法对舵机和直流电机进行控制。以上即是技术方案的概要说明。
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第三章 系统设计
本模型车系统设计的部分主要包括，、电路板的固定与安装、前轮参数调整和舵机的升高。
3.1 系统总体结构
系统总体结构如图 2.2.1 道路识别 光电传感器
MCU
MC9S12XS128
速度检测
电源模块
舵机驱动
直流电机驱动
图 2.2.1 系统总体结构框图
从系统总体结构框图可以知道系统由以下几个部分组成。 （1）中央处理器单元
此次使用的 MC9S12XS128 单片机属于 MOTOROLA 公司的 MC9S12 系列之一。 它是以运算速度很快的 CPU12 内核为核心的单片机，经过锁相环后，时钟频率可达到 64MHz，内部 Flash 高至 128KB，拥有 2 组各 8 路 10 位 A/D、16 路 I/O口，有功能强大的8位 PWM 输出共8 路，以及8路 16 位增强型定时器（ECT）。 该单片机功能强大，完全能够胜任小车的检测和控制功能。
（2）道路识别模块
用于完成对于赛道中心引导线的检测，判断道路信息，通过连接线把信息传送给中央控制单元，使智能车沿着跑道轨迹稳定前行。
（3）电源模块 为各个电路模块提供稳定电源，保证各模块正常工作。 （4）舵机驱动模块 对模型车上的舵机进行驱动，达到快速准确控制赛车方向。
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