第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：电子科技大学队伍名称：成电超音速参赛队员：王硕李洋马文建带队教师：程玉华第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：所有参赛队伍必须与大赛各分赛区组委会签订参赛承诺协议，参赛作品的著作权归属参赛者本人，飞思卡尔半导体公司和比赛秘书处可以在相关主页及文献资料中收录并公开获奖作品的设计方案、技术报告及参赛模型车的视频、图像资料。
参赛队员签名：带队教师签名：日期：第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文以第八届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。
该比赛采用大赛组委会统一指定的A型车模，以Freescale半导体公司生产的32位单片机K60核心控制器,要求赛车在未知道路上沿着电磁信号以最快的速度完成比赛。
整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。
赛车采用谐振电路对赛道进行检测，提取赛道位置，用PD方式对舵机进行控制。
同时通过编码器获取当前速度，采用PID控制实现速度闭环。
关键词：Freescale，智能车，电磁信号，PIDABSTRACTIn the background of the8th National Intelligent Car Contest for College Students, this article introduces the software and hardware structures and the development flow of the vehicle control system.This contest adopting A-type car model prescribed by the contest organization committee,using the32-bit MCU K60 produced by Freescale Semiconductor Company as the core controller,requires the car finish the race in the fastest speed.The whole system includes the aspects of the mechanism structure adjustment,the sensor circuit design and signal process,control algorithm and strategy optimization etc.It captures the road information through resonant circuit,then abstracts the road position.After that, PD feedback control is used on the steering.At the same time,the system obtains the current speed using a speed sensor,so that it can realize the feedback control of the speed by PID method.Key words:Freescale，Intelligent vehicle,Electromagnetic signals,PID第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告目录摘要 (Ⅱ)第一章引言 (1)1.1大赛介绍 (1)1.2系统设计框架介绍 (2)第二章智能车机械结构调整与优化 (3)2.1智能车参数要求 (3)2.2智能车整体参数调校 (3)2.3车模转向结构调整 (3)2.4编码器安装 (5)2.5起跑线检测传感器安装 (6)2.6智能车机械参数调节 (6)2.7本章小结 (9)第三章硬件电路设计说明 (9)3.1单片机最小系统模块 (10)3.2传感器模块 (10)3.3舵机模块 (13)3.4电机模块 (13)3.5测速模块 (14)3.6人机交互模块 (14)第四章智能车控制软件设计说明 (14)4.1巡线原理 (14)4.2控制算法 (14)4.3软件系统设计及实现 (17)4.4偏差获取 (19)4.5上位机调试 (20)第五章系统调试 (21)第六章车辆主要参数 (21)第七章总结 (22)参考文献 (23)附录A：电路原理图 (23)附录B：部分程序源代码 (26)第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告第一章引言1.1大赛介绍为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。
该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。
该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
该竞赛由竞赛秘书处为各参赛队提供/购置规定范围内的标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。
该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。
该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，保证竞赛向健康、普及，持续的方向发展。
该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。
2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。
全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。
竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。
本次比赛分为光电、摄像头和电磁三个赛题组，在车模中使用透镜成像进行道路检测方法属于摄像头赛题组，使用电磁信号巡线属于电磁赛题组，除此之外则属于光电赛题组。
本论文主要介绍电磁赛题组的智能车制作。
第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告1.2系统设计框架介绍系统是以检测电磁场信号为基础，通过单片机处理信号实现对车体控制，实现车体能够准确沿着预设路径寻迹。
系统电路部分需要包括单片机控制单元、电机驱动电路、电磁传感器电路等部分，除此之外系统还需要一些外部设备，例如编码器测速、伺服器控制转向、直流电机驱动车体。
综上所述，本智能车系统包含了以下几个模块：1.电源模块2.单片机最小系统模块3.传感器模块4.电机驱动模块5.舵机模块6.测速模块7.起跑线检测模块8.人机交互模块9.陀螺仪模块系统的整体模块如图1.2.1所示：图1.2.1系统框架图第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告第二章智能车机械结构调整与优化2.1智能车参数要求1.车模尺寸要求：车模尺寸宽度不超过250mm，长度没有限制，比赛过程中长度不得发生改变。
2.传感器数量要求：传感器数量不超过16个：磁场传感器在同一位置可以有不同方向传感器，计为一个传感器。
3.伺服电机型号：FUTABA3010，伺服电机数量不超过3个。
4.电机型号：RS-3805.全部电容容量和不得超过2000微法；电容最高充电电压不得超过25伏。
2.2智能车整体参数调校智能车的整体参数，包括车体重心、舵机电机放置位置、高度，传感器排布方式等，都对整个智能车系统的稳定运行起着至关重要的作用。
因此，对智能车机械系统的调节，有助于小车更快更稳定的运行。
小车的布局以精简、可靠、稳定为前提,通过对小车的布局，尽量保证小车左右平衡，以及寻找一个合适的重心，保证小车既能够可靠地抓牢地面，又能够对前轮舵机，后轮电机有较快的响应。
小车整体布局图如图2.2.1所示图2.2.1整体布局图2.3车模转向机构调整车模转向由前轮舵机经过连杆将转动转变为平行四边形双摇杆结构的转动，第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告最后由平行四边形双摇杆机构带动前轮的左右摆动实现转向。
经过分析和测试，发现此转向机构结构相对复杂，效率底下。
转向机构原理图2.3.1。
图2.3.1转向机构原理图图2.3.1取车体为参考系，各固定铰相对车体静止。
舵机连杆输出推动平行四边形双摇杆机构转动进而带动前轮转动。
β角为压力角，γ角为传动角，他们共同决定了舵机效率的高低，α角反映了舵机的转角。
其中舵机效率：cos *sin ηβγ=由于对称性，故只讨论α在0-90度的情况，在舵机处于中心位置时角为0度，角为90度，α角为90度，此时舵机效率最高。
随着α角的减小，传动角减小，而压力角则增大，根据上式可以看出，效率将迅速减小。
当角到达0度，即平行四边形双摇杆机构摇杆1与连接杆1在同一直线上时，此时左轮转动杆转角达到最大值；而当连架杆2和右轮转动杆的夹角等于180度时，α角将不能在减小，此时到达舵机的左极限，同理如果α增大也会存在上述两个极限点。
由于上述两个极限点并不是同时到达，甚至还会造成一小段时间内左右轮转向不同的问题。
对于A 车来说，转向角度越大越好，但是从对平行四边形双摇杆机构的分析来看，随着α角的减小，θ角将增大，当到达极限位置时，θ角也到达极限,也就是右轮的右极限。
而对于现有的安装方式角是比较大的，因此这也就限定了理论上的转角。
而车模本身的限制不仅仅是理论上的，由于各个部件尺寸并不是很合适，造成了转向机构的机械限位，因此在不影响车模强度的情况下，修改和更换掉一些部件，将这些机械限位去掉。