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1.2 国内外研究现状
在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构都在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括：
美国NavLab系列智能车辆系统。该系统是由美国卡内基·梅隆大学机器人研究所研制的。NavLab．V系统的车体采用Pontiac运动跑车。其传感器系统包括视觉传感器系统、差分GPS系统、光纤阻尼陀螺和光码盘。计算机系统包括1台SparcLx便携式工作站和l台HCII微控制器。工作站完成传感器信息处理与融合、全局与局部路径规划；HCU完成底层车体控制与安全监控。目前NaVLab系列己发展到NaVLab．11。
德国VaMoRs—P智能车辆系统。该系统由德国联邦国防大学和奔驰汽车公司研制的。车体采用奔驰500型轿车。传感器系统包括由4个小型彩色CCD摄像机构成的两组主动式双目视觉系统、3个惯性线性加速度计和角度变化传感器、测速表及发动机状态测量仪等。执行机构包括方向力矩电机、电子油门和液压制动器等。计算机系统由基于Transputer的并行处理单元和2台PC-486组成。用于图像特征抽取、物体识别、对象状态估计、行为决策、控制计算、方向控制和信息通信、I/O操作、数据库操作、图形显示。两台PC-486主要用于软件开发和人机交互、数据登录等。
国内智能车辆研究由于起步晚，以及经济条件的制约，在智能车辆研究领域与发达国家有一定的差距，目前开展这方面研究工作的单位主要包括一些大学和科研机构，具有代表性的系统有：
7B．8智能车辆系统。该系统是由南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制，属于军用室外智能车辆，于1995年底通过验收。车体是由国产跃进客货车改制而成，车上安装了摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位、超声波等传感器。计算机系统采用2台SunlO完成信息融合、黑板调度、全局、局部路径规划，2台PC机完成路边抽取识别和激光信息处理．单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。
清华大学THMR系列智能车辆系统。该系统是由清华大学计算机系智能技
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术与系统国家重点试验室在国防科工委和国家863计划的资助下研制的。THMR—III的车体选用BJl022面包车改装而成。该车上集成了二维彩色摄像机、磁罗盘光码盘定位、GPS、超声等传感器。计算机系统采用Sun Spark 10 l台、PC-486 2台和8098单片机数台。Sun完成任务规划，根据地图数据库信息进行全局规划，l台PC机完成视觉信息处理，另1台PC完成局部规划、反射控制及系统监控，数台8098完成超声测量、位置测量、车体方向速度的控制。控制系统采用多层次“感知一动作”行为控制及基于模糊控制的局部路径规划及导航控制。目前THMR系列已发展到THMR-V。
吉林大学JLUIV系列智能车辆系统。该系统是由吉林大学智能车辆课题组在国家自然科学基金、教育部博士基金等资助下研制的。JUTIV-Il型智能车的车载传感器系统有CCD摄像机、三维激光测距仪、GPS定位系统、远、近距离避障传感器，制动拉压力传感器、光电编码器等。计算机系统采用1台Pentium-III工业控制计算机，完成车辆的传感信息获取、周围环境感知、图像处理、导航路径识别及决策控制。目前JLUIV系列已发展到JUTIV-III。
飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛就是在这样的背景下应运而生的。比赛由国家教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办。由组委会提供统一的车模和单片机，要求各参赛队在不改变车模的底盘结构的前提下，通过选择适当的检测方案和控制算法，使车模能够在专门设计的跑道上自主地识别路线行驶，单圈行驶时间最短的赛车获胜。这样，通过提供一个相同的比赛平台，各参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型和控制方案，从检测和控制的角度来解决这个问题。
1.3 论文主要内容及结构
本报告分为五章：第一章为绪论；第二章主要介绍了智能车硬件电路设计包括各个模块的电路设计方案以及相关电路。方案以M68HCS12单片机为核心，包括总体控制系统的设计，各部件需要的供电电源设计，传感器电路设计，速度检测电路的设计以及电机与舵机驱动模块的设计等；第三章为智能
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车软件设计，根据传感器采集的道路信息，经处理分析之后，控制转角和速度以使智能车能够快速的跑完赛道；第四章为总结。
路径检测模块：路径检测的好坏直接影响你的控制策略和小车是否能稳定快速的按照规定完成赛道。现在常用的方案有CCD摄像头寻迹和光电传感器，电磁传感器寻迹三种方案，本设计采用的是光电传感器。
测速模块：测速方法主要有霍尔集成传感器、断续式光电开关和编码器三种方法，考虑到测速精度及成本问题，最后采用编码器采集速度信息。
电机与舵机控制模块：电机是模型车的动力，分为舵机和驱动电机，可想而知对电机的控制非常重要，要做到足够精确。在舵机控制策略上我采用PWM查表法来对舵机进行控制；而速度我采用PID算法来控制，它能让模型车在行驶过程中更稳、更快。
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2 智能车硬件电路设计
2.1设计目标
要求所设计的小车具有自动寻迹的功能，能在指定跑道上高速，稳定地运行。跑道为黑白两色。其背景色为白色，跑道中央有一条黑线作为小车行进的依据。很明显，我要设计的小车是要能沿黑线的正常行驶，并在此基础上，尽量提高小车行驶速度。
在智能车的赛道中，包括如下几种路况：直道，圆弧弯道，连续S形道，十字交叉道，如图2-1所示。经过抽象，赛道可以视为由直道和弯道两种基本类型所组成。
图2-1 智能车赛道
小车在运行的过程中，路况的变化是扰动的主要来源。路况变化的越剧烈，扰动的幅值越大，对小车运行时的超调量也越大。路况变化的剧烈，一方面由赛道本身决定，另外一方面由小车运行的速度决定。当小车在高速运行的过程中进入弯道，相对于低速的情况，道路的变化扰动更加迅速，小车偏离黑线越严重；同时，小车的稳定时间也越长。前者影响稳定性，后者影响小车运行速度。为了兼顾稳定和快速，在小车控制的基本原则是位置控制
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结合速度控制，尽量提高直道速度，减少行驶时间，同时适当降低弯道速度，使小车能平稳的度过弯道。
智能车的硬件设计采用模块化的设计方法，分为控制芯片MC9S12DG128B电路单元，电源的管理单元，路径识别单元，车速检测单元、舵机控制单元和直流驱动电机控制单元，各单元设计如下：
（1）电源管理单元主要为稳压电路的设计及合理利用，通过稳压管将7.2伏电压稳压到5伏给系统各部件供电。
（2）路径识别单元作为系统的重要组成部分，采用红外线的光电传感器作为路径识别元件。
（3）车速检测单元主要作为小车速度闭环控制的反馈环节，该模块主要采用旋转编码器作为车速检测元件。其输出方式为电平输出方式 ，通过定时采样旋转编码器输出的高电平个数，得出当前小车的速度并反馈给控制回路。 （4）舵机控制单元采用PWM查表法来对舵机进行控制，同时通过加长舵机的力臂来提高舵机的响应速度。
（5）直流驱动电机控制单元采用MC33886电机驱动H桥作为电机的驱动元件。
其系统硬件结构如图2-2所示。
车速检测 电源管理单元 舵机控制单元 HCS12 芯片 路径识别电路 图2-2系统硬件结构图
驱动电机控制 ６