關于技術報告和研究使用的說本人完全了解第九屆“飛思卡爾”杯大學生智能汽車競賽關保留、使用技術報告和研究的規定，即：參賽作品著作權歸參賽者本人，比賽和飛思卡爾半導體公司可日本設計以現有車模底盤為基礎，通過在底盤上安裝舵機、電機、CCD到控制小車所需的基本要求。實際操作中CCD傳感器依靠光感原件單條路面信息并結合程序算法分析出道路的中心點與當前車身的偏差，隨后通過控制舵機的打角及電機的加PID電機驅動采用自行搭建的MOS管使電機的加更加的明顯，而且耐壓值更高。：智能小車；舵機；傳感器；PID；閉環控制第一章引 第二章車模機械結構的調 舵機的安 前輪定位和調 CCD的安 編的安 第三章小車硬件電路的設 電源模 電機驅動模 驅動的選 MOS管驅 起跑線檢測模 第四章小車設 傳感器的驅動與信號........................................................................................電機、舵機的驅 CCD..............................................................................................................賽道信息的識 二值化處 邊緣提 轉向舵機的控 速度控制的策 PID算法的介紹及應 位置式 增量式 第五章開發工具與調 開發工 調試過 第六章主要技術參 第七章總 參考文 致 多次出現關于智能小車的題目，高校也都非常重視該課題的研究，許多大學生更是樂此“飛思卡爾杯”大學生智能汽車競賽是教育部高等學校自動化專業教學指導分主辦的一項大型競賽，內容涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、、電氣、計算機、機械等多個學科的知識。這份報告詳細的闡述了小組對于車模整體設計方案、機械改造、硬件設計、路徑識舵機的安舵機安裝直接影響到轉向問題。如果舵機調整，將很大程度上限制轉向角度和轉向靈敏度。車模原始舵機被安放在了車模中心，為了空間的合理利用，把舵機轉移到了位，其改裝成兩個扭轉點，很好的解決了舵機存在虛位的問題。還墊高了舵機，2.1.2.1前輪定位和調車速愈高，車輪偏轉后自動回正力越強，但回正力矩過大，將會引起前正過猛，加速前1°~3°2.2所示。2.2這種現象稱為前輪前束。車輪前束的作用是減輕或消除因前輪外傾角所造成的不良，二者相互協調，保證前輪在汽車行駛中滾動而無滑動。前輪前束一般為0~12mm。而現代汽車的前輪外傾角出現減小甚至為負值的趨勢，前輪前束也應相應減小甚至也為負值，如圖2.32.3CCD的安合了利弊后選取了適當的高度和前瞻，確保了小車能較早的識別到前方的賽道信息。編的安由于采用B型車，因此編的安裝位置都大同小異。因此主要的差別提現在編齒輪的咬合，好的咬合度能使電機開動后聲音較為低沉圓滑，咬合不略顯毛躁。編的選取上選擇500線的編更大精度的編有利于更精確的對電機進行控制電源模首先了解一下不源的特點，電源分為開關電源和線性電源，線性電源的電壓反饋電路是工作性狀態開關電源是指用于電壓調整的管子工作在飽和和截至區即開關狀態的線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比較電壓放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調整管的輸入，用以控制調整管使其結電壓隨輸入的變化而變化，從而調整其輸出電壓，但開關電源是通過改變調整管的開和關的時間即占空比來改變輸出電壓的。競賽規則規定比賽使用智能汽車競賽配發的標準車模用7.2V2000mAhNi-cd供電，而單片機系統、路徑識別的光電傳感器、光電碼編等均需要5V電源，伺服電機工作電壓范圍為4V到6V（采用lm29416V供電，直流電機可以使用7.2V2000mAhNi-cd蓄3.1。3.15VS-D5（LM2940TPS系列、7805等）和開關型穩壓電源（LM2596、LM2575、AS1015等）兩大類。前者具但電路卻比較復雜，電路的紋波大。對于單片機，需要提供穩定的3.3V電源，則使用LM1117。電機驅動模常用的電機驅動有兩種方式：一、采用集成電機驅動；二、采用N溝道和柵極驅動設計驅動的選BT797068796高出一個數量級其內阻小功耗小壓降小因此最初方案使用的是兩片BT7970并聯作為驅動7970后面試過使用四塊7970但是效果不甚明顯小車的驅動力不夠導致小坡爬不上去。因此最后痛下決心，換掉了驅動電路，改成使用四塊ET構成H的方式。MOS驅四塊MOSFET構成H橋的方式方式雖然發熱仍然很嚴重但是在上坡的驅動力卻非常強下的情況，所以最后采用了此種方案，如圖3.2所示3.2MOSFET起跑線檢測模，由于CCD的工作周期較長決定采用６路光電管傳感（ＳＴ１８８）檢測起跑線，圖 ST188光電管結構高電平。當有物體反射紅外線時，bece也就導通了，輸出端就相當于接地。輸出電由于此電路在檢測過程中會出現較大的死區電壓，故可以適當的加上電壓比較器做ST188的測量靈敏度。3.3.2第四章小車設傳感器的驅動與信號本設計通過單片機自帶的模塊發出方波信號控制電機及舵機電機由控制H5.5VS-D5舵機屬于伺服電機，因此在舵機的信號端必4.1S-D5CCD線陣CCD屬于CCD頭的一種，只不過它只圖像的一行，因此其信息少，CCD只能區分出黑白兩色，其他深色調也會被識別為黑色。。TS1401CL線性傳感器由128×1列光電二極管，集成了電荷放大器電路，以及像素數據保持功能，可同時集成啟動和停止所有像素位。該陣列由128個像素構成，每個像素點都有一個3524.3平方微米的光敏區域像間有8微米間距 控制邏輯簡化了操作，只需要一個串行輸入（I）信號和一個時鐘信號（CLK）就可以完成全部邏輯控制，AO口的電壓就可以完成。其工作原理是：在光電二極管的能量沖擊產生的光電流，這是由有源積分電路，與該象素相關的集成。在積分周期期間，采樣電容器連接到積分器的輸出通過一個模擬切換在每個像素中累積的電荷的量是成正比的光強度和積分時間開發的模擬輸出（O）的電壓由下式給出：。Vout= 其中：Vout是為白色狀態的擬輸出電壓，Vdrk是條件下的模擬輸出電壓，Re是/2Ee4.2TSL1401CL圖4.2CCD時在準確的時序輸出后，傳感器處于時間，當達到自己所設定的時間后傳感器會將到的數據通過A0口輸出，此時需要利用單片機的AD口將模擬信號轉化為數字信號。 4.3賽道信息的識線性CCD到的值是128個像素的電壓值，CCD能監測都整個賽道邊沿，由于賽道128個像素的電壓值容易識別到賽道邊沿。“0“1”息很準確，穩定性好。最后采用了二值化法實現道路識別。速度速度上采用單片機自帶的計數器模塊實現測試，在相同時間內到的脈沖數作為加的依據。只要時間一致，并且間隔夠短，到的數值也較準確。轉向舵機的控通過測試發現用PD到的黑線位置和對應的舵機PD參照角度處理成二次線性關系。在Ki置零的情況下，舵機在這種動態隨動系統對動態響應性能要求更高。更重要的是，通過合理調節Kp參數，Ki參數；其中，P項是在圖像中選出一行，計算出其中黑線與圖像中心位置的偏差，將選定行的黑線位置與上一幅中的位置相減，從而反映其變化率，在測試中，發現增加P項系SP系數而增加DS過選擇轉向參考行、設置PD系數以及調整轉角曲線，可以將車模的行車線調整到一個較為速度控制的策PID算法的介紹及應測量、比較和執量關心的變量，與期望值相比較，用這個偏差糾正調節控制系統的響Ti，Td（P(t）的關系為：u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中積分的上下限分別是0和t,因此它的傳遞函數為：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp為比例系數；TI為積分時間常數；在智能小車的設計中，采用了增量是PID4.5PID位置式PID中，由于計算機輸出的u(k)直接去控制執行機構(如閥門)，u(k)的值和執行機構的位置(如閥門開度)是一一對應的，所以通常稱公式(5.2)為位置式PID控制算法。位置式PID控制算法的缺點是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態有關，計算時要對過PID控制的控制算法，所謂增量式PID是指數字控制器的輸出只是控制量的增量△u(k)。PID控制算式。由原式可以推出式(4.2)，原式減去式(4.2)可得式(4.3)公式(4.3)稱為增量式PID、開發工程序的開發是在提供的CodeWarriorIDE下進行的，包括源程序的寫、編譯和鏈調試過在智能車后期硬件和都固定后，進一步需要的是進行調試，其中主要對舵機及電機PID參數進行整定。舵機PID的參數可以通過更改后觀察小車實際行進中的情況進行整定，5.15.1第六章主要技術參光電車模幾何尺寸（長、寬、高）（毫米310、180電路功耗電路電容總量（微法0賽道信息檢測頻率（次/秒車模重量（帶有電池）（千克能車系統采用飛思卡爾32位單片機MK60DN512ZVLL10KinetisARMCortex-M4為處理器，通過的調整，小車電路的設計及的設計。在制作過程中，分別對各個部分的模塊進行了付出了艱辛的汗水，在過程中收貨頗多。卓晴，黃開勝，．學做智能車[M]，：航空航天大學，2007:1-王宜懷.系統.：航空航天大學．單片機應用的開發方法[M]，：，，2004:1d8-63．譚浩強.C程序設計[M],：，1999，87-186.．電的單片機控制[M]．.航空航天大學．2002.徐國華.移器人的發展現狀及其趨勢[J].機器人技術與應用,2001(3):7-尹念東.智能車輛的研究及前景[J].汽車，2002(2):10-王榮本.世界智能車輛研究概述[J]．公路交通科技，2001(10):13-王威.HCS12微控制器原理及應用[M].:航空航天大學致參加飛思卡爾直到到決賽，歷時大半年之久。在這半年的時間里，與小車一同這份報告凝聚著的智慧，是共同努力后的成果。的成果離不開學校的大力的是和一起努力的隊員們，協助、互促、共勉使能夠走到今天。附錄A：#include"Init.h"void{ //電機初始 周期 周期2500 //PID // // //CCD //LCD //AD0 //UART3 //3 //0.2ms //PIT0}#includeintLast_Error=0; intCurrent_Error=0; intYLast_Error=0; intYCurrent_Error=0; intCurrentSpeed; //當前脈沖數intD_Max=1390; externintMidLineError;intD_Min= //舵機最小值intD_Mid =1040; //舵機中間值1030intY_Max=1540; //舵機最大值int = //intY_Mid=1140; floatAngle_P=3.2; //舵機PfloatAngle_D //int //正電機externuint8qipao;externintzhidaoadd;doubleSP;externintaddzhidao;externintMidLineError; =0;PID //PID**PID voidSpeed_PID_Init() //PID初始化{SPEED.D=SPEED.I=SPEED.P=SPEED.PrevError=SPEED.LastError=SPEED.CurrentError=} intAngle_PID(intError) //PID{int Last_Error=Current_Error;Current_Error=Error;P={P=}D=(int)Angle_D*(Current_Error-= +P+ = else = return(int)()} int16Speed_PID(int{int16CurrentSpeed= SPEED.PrevError=SPEED.LastError;SPEED.LastError=SPEED.CurrentError;SPEED.CurrentError=NextSpeed-CurrentSpeed;{//Motor_ZhengDuty P=SPEED.P*(SPEED.CurrentError-D=SPEED.D*(SPEED.CurrentError-2*SPEED.LastError+SPEED.PrevError);I=(int)(SPEED.I*SPEED.CurrentError);Motor_ZhengDuty=P+D+I+Motor_ZhengDuty;Motor_ZhengDuty=8000;elseif(Motor_ZhengDuty<=-8000)Motor_ZhengDuty=-}return}#include 初始 引腳正C1，反C 計數周期最大 _Motor_Init(uint16mod){FTM_MODE_REG(FTM0_BASE_PTR)= //特征模式寄存器解除寫保護使能SIM_SCGC6| //24FTM0PORTC_PCR3=PORTC_PCR2 //PTC1、2FTM05、6FTM_MOD_REG(FTM0_BASE_PTR //TIN_REG(FTM0_BASE_PTR)= //初始 =SC_REG(FTM0_BASE_PTR,1)=SC_REG(FTM0_BASE_PTR,2)= //邊沿對其，初始低電平V_REG(FTM0_BASE_PTR,1)=V_REG(FTM0_BASE_PTR2) //FTM_SYNC_REG(FTM0_BASE_PTR(1<<2)| //FTM_OUTINIT_REG(FTM0_BASE_PTR) //nBINE_REG(FTM0_BASE_PTR //FTM_SC_REG(FTM0_BASE_PTR //} 初始化 計數周期最大 _Angle_Init(uint16mod)