本科生毕业论文（设计）题目： 基于激光传感器的智能车循迹系统学 部 信息科学与工程学部学科门类 工学专 业 电气工程及自动化学 号姓 名指导教师2013年5月16日装订线 河北大学工商学院基于激光传感器的智能车循迹系统摘要智能汽车是未来汽车发展的趋势，它体现了自动控制、人工智能、传感技术、机械技术、计算机技术等多个学科领域理论技术的交叉和综合。
本文介绍了基于激光传感器的智能车循迹系统的设计过程及主要的控制算法。
智能车控制系统的基本要求是在稳定性的基础上使其获得较快的速度。
而智能车系统的方向控制及速度控制的配合控制是一个至关重要的因素。
智能车软件设计是用Freescale 公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
通过激光传感器进行赛道信息的采集，利用小车携带的单片机对信息进行处理，得到小车与中心引导线的误差数据，通过PID控制算法，得到小车舵机的偏转角度和电机转速控制参数，用来控制小车完成对中心线的跟踪。
智能车硬件系统以MC9S12XS128单片机作为主控制器，采用15只激光管和5只接收管作为信号采集传感器。
电机驱动采取H桥驱动电路，并用欧姆龙500线编码器进行了速度采集。
关键词：激光传感器；MC9S12XS128单片机；PID；智能车；飞思卡尔The Intelligent Car Tracking System Based on Laser SensorABSTRACTSmart cars are the future trends in vehicle development, It embodies the automatic control, artificial Intelligence, sensing technology, mechanical technology, computer technology and other technical disciplines theory and integrated cross. This article describes the design process based on laser detection of intelligent vehicle systems and main control algorithms of the systems. Intelligent vehicle control system is the basic requirement in the stability on the basis of which has better rapidity. While the steering system and speed the implementation of system coordination control is one of the main factors. Design of intelligent vehicle system is to use Freescale's Codewarrior software as the download software development and simulation platform. Track information by laser sensor acquisition, use the car carrying the MCU for processing information, get the error data trolley and the center guide lines, through the PID control algorithm, get car steering deflection angle and motor speed control parameters, is used to control the small car to the track center line.Intelligent vehicle system with MC9S12XS128 MCU as the main controller, uses 15 laser tubes and 5 receiving tube as the signal acquisition sensor. Motor driven by H bridge driver circuit, and OMRON 500 line encoder uses for speed acquisition.Keywords: laser sensor；MC9S12XS128 microcontroller；PID；Intelligent car system目录1引言 (1)1.1课题研究目的与意义 (1)1.2智能车在国内外的发展状况 (1)1.3智能车设计的主要内容 (1)2智能车总体结构设计 (3)2.1智能车系统的基本结构组成 (3)2.2智能车主控模块的组成及原理 (3)2.3智能车传感器模块的组成及原理 (5)2.4智能车电源模块的组成及原理 (8)2.5智能车执行模块的组成及原理 (8)3智能车硬件电路设计 (11)3.1智能车最小系统模块 (11)3.2智能车电源管理模块 (12)3.3智能车电机驱动模块 (13)3.4智能车激光传感器模块 (14)4智能车的机械设计 (17)4.1系统机械结构设计 (17)4.2转向舵机的安装 (17)4.3对前轮的调整 (17)4.4重量和重心的调整 (19)4.5 差速的调整 (19)5智能车系统软件设计 (20)5.1智能车系统软件结构流程图 (20)5.2智能车信号采集及滤波 (21)5.3速度与角度的配合控制算法 (26)5.3.1经典PID控制算法介绍 (26)5.3.2基于角度控制的分段P控制算法 (27)5.3.3基于速度控制的分段PID控制算法 (28)5.4智能车路径识别控制 (28)5.5智能车停车保护控制 (29)6结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1 引言1.1 课题研究目的与意义随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，人口的急剧增长，从而使得汽车使用率大大提高。
家庭汽车数量剧增，对道路安全和驾驶安全的要求更高。
交通事故的不断发生，交通压力日益显著。
因此自动驾驶智能车的研究成为时代发展的需求。
本课题的选取正是源于这种现状。
本课题将以MC9S12XS128单片机作为主控制器，以激光传感器作为信号采集系统，设计自动寻线智能车系统，使智能车系统能在黑线引导的轨迹道路上实现路径的识别与自动行驶。
智能小车自动行驶的研究将有助于真正智能车辆的研究。
智能车自动驾驶汽车技术一旦成熟，它给人类带来的好处是非常重大的。
它不仅可以缓解我国这种交通压力，而且会极大地降低交通事故事件。
从而解决了驾驶员疲劳驾驶和酒后驾驶等人为因素所照成的交通事故。
更重更要的智能驾驶汽车可以运用于那些人类无法工作的环境之中。
例如在充满瓦斯的煤矿井下工作。
智能车还应用于太空的远程服务和探测，美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器，实质上都是装备先进的智能车辆。
因此，随着生产力的不断发展，研究智能车的实际意义和取得的价值都非常重大。
1.2 智能车在国内外的发展状况[1]我国在无人驾驶汽车研究方面比国外稍晚一些。
国防科技大学率先开始对这项技术进行研究。
1989年我国首辆智能小车诞生于国防科技大学。
经过十多年的研究探索，我国实现了无人驾驶的实车试验，智能车驾驶技术达到了国际先进水平。
我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。
预计在2020年之前进入智能交通发展的成熟期人、车、路之间可以形成稳定和谐的智能型整体。
国外智能车辆的研究历史较长，智能车辆的研究始于20世纪50年代初的美国Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统。
智能车辆的发展历程大体可以分成四个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。
第二阶段：从80年代中后期开始，欧洲主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了系统，深入，大规模研究阶段。
第四阶段：进入21世纪以来，智能车辆研究朝着智能移动机器平台发展并成功应用到其他科学领域。
1.3 智能车设计的主要内容[2]智能车控制系统的设计主要包含四个部分：传感器模块、主控模块、电源模块、执行模块。
其中传感器模块利用激光传感器采集道路信息，利用光电编码器测小车的速度。
主控模块由MC9S12XS128单片机完成对采集的信息处理并控制执行机构动作。
电源模块为整个智能车提供电源。
执行模块由电机和舵机完成。
智能车系统设计的主要思路是通过由激光管制作成的激光传感器来采集路面的信息，并采用舵机摇头方案，从而保证激光传感器始终围绕黑线转动，控制系统不出现丢线情况。
然后将激光传感器采集的数字信号送给MC9S12XS128单片机，单片机经过数据处理判断出当前智能车的位置，然后通过一定的控制算法向转向系统发出指令，使舵机转动一个合适的角度。
同时，单片机通过给定不同占空比的PWM信号给电机一个合适的速度，保证智能车稳定快速的行驶。
2 智能车总体结构设计2.1 智能车系统的基本机构组成智能车系统构成如图2-1所示。
主要由电路部分、软件部分、机械部分、辅助部分构成。
图2-1 智能车系统构成图2.2 智能车主控模块的组成及原理作为整个智能车的“大脑”，主控模块包括信息处理和控制模块，其核心是MCU，即MC9S12XS128单片机。
单片机通过将激光传感器传输过来的信号进行滤波处理并分析激光管的状态，来判断智能车当前的位置，然后根据智能车的位置结合角度速度控制算法，最终给舵机和电机合适的PWM信号，从而驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。
所使用的MC9S12XS128是飞思卡尔公司推出的S12系列单片机中的一种。
片内资源丰富，接口模块包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽车电子应用领域有广泛的用途。
其中片内资源有8K RAM、128K Flash；脉宽调制及PWM模块可以设置为4路8位或者2路16位输出。
可配置8位，10位或12位模数转换器（ADC）转换时间3us。
该芯片在汽车电子、工业控制、中高档电机产品等领域具有广泛的用途，我们所使用的为80pin封装。
封装引脚图如图2-2所示。
MC9S12XS128单片机主要特性如下[3]：● 64KB、128KB 和256KB 闪存选项，均带有错误代码纠错功能（ECC）。