關于技術報告和研究使用的說參賽隊員簽名： 期 2016年8月10 第一章智能車平臺的設 設計理 整體方案框 第二章車模直立原理及機械結構的調 車模直立控 車模速度控 車模方向控 車模傾角測 整體結構展 傳感 傳動結構的調 PCB的安 機械結構小 第三章硬件電路的設 傳感器模 電磁傳感 速度傳感 KL26主控板模 電源管理模 電機驅動模 硬件設計小 第四章軟件系統設 電機PID控 PID算 模擬 數字 軟件編譯環 上位 調 第五章模型車的主要參 總 參考文 附 大學生智能汽車競賽是以智能汽車為研究對象的創意性科技競賽，是面向全國大學生的一種具有探索性工程實踐活動，是教育部倡導的大學生科技競賽之一。本競賽以“立足培養，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導思想，旨在促進高等學校素質教育，培養大學生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創新意識，激發大學生從事科學研究與探索的和潛能,倡導理論聯系實際、求真務實的學風和團隊協作的人文精神，為優秀人才的脫穎而出創造條件。本文設計的智能車以飛思32位kinetisMKL26Z256為控制器，通過工字型電感為路徑探測傳感器，來進行路徑識別以及轉向控制。第一章能車平臺的設本章包含智能車平臺整體的方案和思路包括機械結構電路搭建賽道信息和直立、在仔細研讀了第十一屆大學生智能汽車競賽相關的比賽規則（后文簡稱賽規）之后，我們決定采用NXP的32位微控制MKL26Z256型號作為控制單元對整個智能車系統進行控制。賽道信息由車體前方架設的幾個工字型電感進行，經KL26MCU的AD口接收信號后，用于的運動控制決策同時內部發出波驅動直流電機對智能汽車進行加速和控制，同時通過控制直立車兩個的速度差來實現車體的轉向，使在賽道上能夠自主循跡行駛。PIDOLED和撥碼開關作為輸旋轉編OLED1.1第二章車模直立原理及機械結構的調2.1所示。2.12.2所示。2.2制時，假設車模已經在直立控制下保持了直立穩定，通過改變電機的電壓控制車模加速和。車模在加速和的時候直立控制一直在起作用它會自動改變車模的傾角移動車模的重心，木棒的直立。這兩個條件，實際上就是控制中的負反饋機制，參見圖2.3。2.32.4所示。2.42.5車模可以簡化成倒立的單擺2.6置。這個力稱之為回復力，其大小為

mgsin

mg2.7單擺在不同阻尼下的運動情況2.8（慣性力復力為Fmgsin

式中，假設控制車輪加速度與偏角成正比，比例為k1。顯然，如果k1

g，（g是重F

mk

mk2

ak

k2

式中，為車模傾角；'為角速度；k1、k2控制量。只要保證在k1

g、k

0條件下，可以維持車模直立狀態。其中k

可以將電機運動模型簡化成如下的一階慣性環節模型。施加在電機上一個階躍電壓Eut， t

1eT1ut（2- 圖2.9電機在不壓下的速電壓成正比，加速階段的時間長度取決于時間常數T1，該常數由電機轉動慣量、齒輪箱（）PI所示。2.102.11電機PI2.12壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向。如圖2.13所示。2.132.142.15u

式中，gk所示。2.162.172.182.192.20比例Tg放大之后與陀螺儀輸出的角速度信號疊加之后再進行積分。從圖2.20中的框圖可以看出，對于加速度計給定的角度g，經過比例、積分環節之后產生的角度必然最終等于g。由于加速度計獲得的角度信息不會存在積累誤差，所以最終將輸出角度中的積累誤差消除加速度計所產生的角度g信息中會疊加很強的有車模運動加速度噪聲信號。為了避免該信號對于角度的影響，因此比例系數Tg應該非常小。這樣，加速度的噪聲信號經過比例、積分角度必然與加速度計測量的角度g相等，只是這個調節過程會隨著Tg的減小而延長。為了避免輸出角度跟著g過長，可以采取以下兩個方面的措施：角度與g相等。此后，加速度計的輸出只是消除積分的偏移，輸出角度不會出現很大的偏2.21車模運動控制總框圖圖2.21中，為了實現車模直立行走，需要如下信號：調節車模的傾角以適應車模的加速、和轉彎的需要。2.222.23

編本車采用的編型號為龍邱科技生產的LQ_ECM _ABI型號雙相編，此款編碼我們采用的編支架為可調節長度設計方便安裝調試確認安裝位置后擰緊螺絲并打膠固定，圖2.26編的安圖2.27編的安

2.28械結構時我們發現，將車體的重心集中在的軸線附近可以獲得更好的平衡效果和運行效果。第三章硬件電路的設本章主要介紹智能車的硬件電路部分的設計，其中包括傳感器模塊，KL26主控板模塊，電磁傳感10mH電感值的工字型電感作為電磁傳感器的電磁感應線圈部分。對感應產生的微小的電壓信號采用LM386AD轉換器可以識別的模擬電壓范386的調節端加入了電位器用來調節輸入模擬電壓信號的放大輸出倍數。3.1速度傳感 電路，靜電保護，LED電源指示燈等。KL26是半導體公司生產的一款32位的單片機，它256KFlash，ARMCortex-M0+內核，48MHz的主頻，812ADC等豐富的資電源分為開關電源和線性電源，從穩壓機理上說，開關電源是利用電感和電容作為儲能元件來實現升壓和降壓的穩壓電源，而線性電源是利用晶體管或場效應管變化的的動態電阻來調整管壓降從而保持輸出電壓穩定的。從電路形式上說，開關電源中通常有電感，而線性電源中不需要電感。從功能上說，線性電源只能降壓，輸出電壓一定低于輸入電壓，而且兩者一般不會相差過于懸殊，而開關電源可以升壓也可以降壓，輸入和輸出電壓之間可以有很大的壓差。從效果上看，開關電源效率較高，發熱低，特別是在輸入輸出電壓差較大的情況下，而線性電源的紋波較小，質量高于開關電源。3.3VOLED5V壓。3.25V、常見的電機驅動主要有兩種，一種是的驅動電路加MOSFET管設計，一種是采用的們決定采用BTN7970集成電機驅動方案。BTN7970集成電機驅動具有過溫、過壓、過流、短路保護電路簡單可靠、可直接與MCU連接等特點，為了將驅動電路與控制電路，我們采用74HC244緩沖作為。、3.3圖3.4電機驅動電第四章軟件系統設小車的控制包括傳感器數值的處理，陀螺儀數值處理，電機的PID控制，路徑方向控制。根據編的數據進行速度的實時閉環，實現小車快速，穩定的運行。開開N行Y結結4.1PIDPID控制。實際經驗和理論分析都表明，PID控制能夠滿足相當多工業對象的控制要求，至今1.1PIDPIDrt與實際輸出值c(te(t)=r(t)－c(tPID控制算法可以分為位置式PIDPID控制算法。PID算法：PID算法：所謂增量式PIDkuΔ增量，而不是位置量的絕對數值時，可以使用增量式PID控制算法進行控制。PID控制算法與位置式PID算法（2－2）相比，計算量小的多，因此在實際中得到這就是目前在計算機控制中廣泛應用的數字遞推PID開開4.2和，并最終生成可執行文件。IAREmbeddedWorkbench是IARSystems公司提供的專門面AVR、MSP430、k60等內核平臺上位通過IAREmbeddedWorkbenchIDE編譯軟件的調試功能，可以得到大量的信息，為智調OLED作為顯示模塊用于輔助調試。即有機發光二極管，其無需背光源，相比LCD顯示屏，其更輕更薄，可視角度更大，柔軟環保且更省電。OLEDCDD圖像的顯示以及標志PIDflashOLED圖4.3主頁 圖4.4菜單 圖 菜單 圖 第五模型車的主要參經過改裝后，智能汽車的外形參數為：620mm210mm350mm；車重：約智能汽車相關技術參數如表5.1所示：5.120總參考文邑大學學報,2011.8.15． .附#includeinclude.h"voidAD_init(void){adc_init(ADC0_SE1);//PTE16R1adc_init(ADC0_SE2);//PTE18R3adc_init(ADC0_SE8);//PTB0adc_init(ADC0_SE9);//PTB1adc_init(ADC0_SE12);//PTB2adc_init(ADC0_SE5a);//PTE17 }void{ }void{}void{ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP//ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP ALT1|PULLDOWN); ALT1|PULLDOWN);gpio_init //}void{ }void{, //設置1MS}void{}#include#define //#defineSPEED_CONTROL_COUNT 20 //速度控制周期100ms#defineDIRECTION_CONTROL_COUNT //方向控制周期15msintintg_nSpeedControlCount=0;intintg_nDirectionControlCount=0;intg_nDirectionControlPeriod=0;intCarStartCount=0;intQiPaoXianCount=0;externintCarStartFlag;externintqipaoxian_flag;void{if(PIT_T(PIT0)==1{{}else{}else{}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}}}#include//4#define #define #define #define //#define #define #define //#define #define // //#define #define //float#define #define //#define#define#defineint //int 直立加速度計int floatANG_P=70;floatuint16AnglescopeMMA[NUM];uint16GyroVal=0;uint16floatfloatg_fGyroscopeAngleSpeed=0;floatg_fCarAngle=0;floatg_fAngleControlOut=0;floatspe_out_new=0;floatspe_out_last=0;floatspe_out=0;int64int64g_nRightMotorPulseSigma=0;floatg_fCarSpeed=0;intSpeed_Low=0;intSpeed_Mid=1;intintfloatfloatint//intintintfloatfloatfloatintfloatdir_dout=0;floatfloatdir_out_last=0;floatdir_out_new=0;floatdir_out=0;floaterror[2]={0};floatfloatdir_error_last=0;floatdir_gyro_out=0;floatzhuanxiang_speed=0;intGyro_Flag=1;floatg_fLeftMotorOut=0;floatg_fRightMotorOut=0;intg_nAngleFlag=1;intintexternintg_nSpeedControlPeriod;externintg_nDirectionControlPeriod;intStop_Flag=0;externinttingche_flag;intCarStartFlag=0;floattingche_out=0;inttingche_flag=0;intvoid{uint32AnglesumMMA=0;uint32AnglesumGYRO=0;uint16temp;uint16{}{{}{}}{}}void{ // //曼濾}void{float}void {}void { { //{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseelseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseelseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseelseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)