目录
中文摘要 ...................................................................................................................... I 英文摘要 ..................................................................................................................... II 1 绪 论 ........................................................................................................................ 1
1.1
课题背景及意义 ........................................................................................... 1
1.2系统描述 ........................................................................................................... 1 1.3国内外研究情况 ............................................................................................... 2
2系统总体方案的设计 ........................................................................................... 3
2.1设计要求 ........................................................................................................... 3 2.2无人车转向控制系统的设计思路 ................................................................... 3 2.3无人车转向控制系统硬件结构图 ................................................................... 4 2.4无人车转向控制系统的功能 ........................................................................... 5
3无人车转向控制系统算法研究 ........................................................................ 6
3.1电机控制算法设计 ........................................................................................... 6 3.2舵机控制算法设计 .......................................................................................... 9
4系统软件设计 ........................................................................................................ 11
4.1 本系统的软件开发环境与开发工具 ............................................................. 11 4.2 软件结构设计 ................................................................................................. 11
4.2.1 顺序程序设计 ...................................................................................... 12 4.2.2采用实时多任务操作系统 ................................................................... 12 4.3软件工作流程分析 ......................................................................................... 12 4.4无人车转向控制系统各个模块流程图 ......................................................... 14
4.4.1 主程序初始化流程图 .......................................................................... 14 4.4.2 A/D采集模块流程图 ............................................................................ 15 4.4.3中值平均滤波流程图 ........................................................................... 15 4.4.4 PWM输出控制函数流程图 ................................................................. 17
5系统调试与分析 .................................................................................................. 22
- IV -
5.1 系统仿真调试 ................................................................................................ 22
5.1.1 仿真内容 .............................................................................................. 22 5.1.2 调试、仿真环境 .................................................................................. 22 5.1.3 调试步骤 .............................................................................................. 22 5.1.4 调试过程中遇到的问题及解决方法 .................................................. 25 5.2无人车跑道调试 ............................................................................................. 26
5.2.1 调试内容 .............................................................................................. 26 5.2.2 调试过程中遇到的问题以及解决方法 .............................................. 26
6 总结 ........................................................................................................................ 28 参考文献 ................................................................................................................... 29 致谢 ............................................................................................................................. 31 毕业设计（论文）知识产权声明 ..................................................................... 32 毕业设计（论文）独创性声明 ......................................................................... 33 附 录A 程序 ...................................................................................................... 34 附 录B 外文翻译 ............................................................................................ 62
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1绪论
1 绪 论
1.1 课题背景及意义
1.题目背景：
自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人工作的机器一直是人类的梦想。
而智能无人车是其中一个代表，其需要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，使用传感器感知路线并作出判断和相应的执行动作。基于视觉的道路识别系统是无人车安全行驶的前提和基础，在汽车发展、交通、军事等领域有广泛的应用前景。 2.研究目的、及意义：
20世纪后半叶一来，浓缩着人类文明的汽车工业得到了迅速发展。作为现代主要交通工具的汽车，以其特有的优越性为现代社会的发展和人类生活条件的改善做出了巨大贡献，其发展速度越来越快。智能无人车辆是人类的伟大发明之一，在短短的50年内发生了日新月异的变化。随着计算机和控制计技术的发展，智能移动平台在军事、民用和科学研究等诸多方面得到了广泛的应用，工作环境也从单纯的室内环境变成了各种复杂的环境，包括地面、水下、空中甚至太空外等。在军事上，无人车可以代替人类在危险场所（如战场、化工污染和核污染场所、北极等）按照设计者的意图自动行驶至目的地，并代替人类完成侦查、排雷等军事任务。在民用方面，不仅可以作为自动或辅助驾驶系统以减少交通事故，还可以作为智能轮椅帮助残疾人士。在科学研究就方面，无人车还可以代替人在高危环境甚至外形从事探索和勘探工作。
1.2系统描述
本设计使用的车为电磁循迹车，该无人车转向控制系统由微控制处理器（MCU），电源模块，速度检测模块，电磁感应模块，LCD显示模块，电机模块与舵机模块构成[1][2][3]。在行进的过程中，电磁感应模块将检测到的跑道信息通过异
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西安工业大学毕业设计（论文）
口通讯传给MCU，同样，速度检测模块将编码器检测到的小车转速信息也传给MCU，MCU通过判断跑道信息与转速信息来给出一个控制信号[4][5]，分别通过控制舵机与直流电机实现左转、右转、前进、后退以及不同的转速。为了更为直观的显示出当前的转速、PWM输出值等参数信息[6][7][8]，本设计使用了LCD显示模块，LCD的每一个字都有相对应的数字信息，存在一个库函数里面，通过编程可以调用需要的参数名称。
1.3国内外研究情况
智能车是电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物。通常具有自动驾驶，自动变速和自动识别道路的功能。另外，车内的各种辅助设施也一应电脑化，常常给人以新奇感。
2010年第十一届北京国际车展上，低碳环保理念让新能源车成为市场翘楚，但其实节能技术、混合动力技术和电动技术只是在外部能源限制、环境制约和政策制约下的一种被动调整，电子和信息技术的广泛应用才是整个汽车产业下阶段发展的第一生产力。当信息技术足够成熟地驾驭汽车，何时松油门，哪个时间点踩刹车，智能行车电脑暗自计算着从起点到目的地的最佳路线(不仅考虑距离远近，还要兼顾道路行驶状况)。这些智能的应用都将在点滴间帮我们降低油耗，节能资源和时间成本。
智能汽车虽已不是新鲜概念，但比尔·盖茨曾讲过的话“如果汽车工业和信息技术发展的速度一样快，那么我们早就可以开着汽车上月亮了”却揭示出智能汽车发展的瓶颈。
·1.4本文主要研究内容
本课题是研究一种基于MC9S12XS128单片机控制的无人车转向控制系统的软件设计、工作原理及主要功能。该无人车转向控制系统以MC9S12XS128单片机为核心,配合外围电路共同完成速度检测、跑道情况检测、控制电机，舵机从而实现不同转速等功能[9][10]。系统应采用高性能的单片机,要求工作稳定、测量精度高、耐用性强、功耗低,保证检测模块的精确性及可靠性,而且最好体积小,成本低,有利于减少车体的重量,降低无人车的成本。
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2系统总体方案的设计 2系统总体方案的设计
2.1设计要求
(1)根据系统结构特点,提出总体设计方案；
(2)设计本系统的软件流程图,（包括：主流程图、底层设计流程图、PWM输出流程图等）,并对每个模块进行仿真、调试； (3)软件模块的调试、仿真；
(4)结合系统硬件设计和应用软件设计总体联合调试。
2.2无人车转向控制系统的设计思路
该设计中的无人电磁循迹车能在无人干预的情况下在跑道上自己行驶，当遇到拐弯的情况下能自动转过一个合适的角度，并且在行驶过程中控制在一定的速度，从而防止转弯时速度过高而冲出跑道。这个车的最基本组成部分应包括：电源模块、电磁感应模块、速度检测模块、电机模块、舵机模块、LCD显示模块、单片机控制电路等[11]。
电源模块通过电平转换芯片为单片机提供5V的电源，从而使单片机能够在合适的电压下工作。电磁感应模块通过四个电感来感应所在道路信息，通过模数转换电路将采集到的信息转换为单片机能够识别的信号。同样，速度检测模块通过光栅编码器检测小车当前正在行驶的速度，并将其转换为单片机能识别的数字信号。从而使单片机确定是直走还是转弯，并将控制信号输出给电机和舵机，当在直线行驶时可以适当地加速行驶，而在转弯时低速行驶，这些通过PWM控制即可实现。另外可以通过控制H桥电路来实现电机的正反转，从而控制小车前进或者后退。单片机对速度检测得到的数字信号进行滤波处理,并对处理后的数据进行分析,是否大于或等于某个预设值,如果大于则启报警,反之则为正常状态。为方便检测与监控,使人们能直观地观察到小车的当前转速、PWM输出值、转过的角度等信息,可将这些值送到LCD显示屏中。方便实验调试时转换不同的速度,可以加入拨码开关。以上是根据无人电磁车应具备的功能提出的整体设计思路。
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