1、第二届全国大学生 “飞思卡尔”杯 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学 校： 中南民族大学 队伍名称： 越影 参赛队员： 肖 山 刘 强 黄绍媛 带队教师： 陈 勉 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第二届全国大学生“飞思卡尔” 杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 目录 第一章 引言.1 1.1 背景介绍.1 1.2 文献综述.1 1.
2、3 本文结构.1 第二章 机械安装.3 2.1 智能车方案概要.3 2.2 CMOS传感器安装.3 2.3 光电编码器的安装.3 2.4 电路板的固定和安装.3 2.5 本章小节.4 第三章 硬件电路设计及实现.5 3.1 电源电路.6 3.2 视屏信号采集电路.6 3.2.1 JMK309面阵CMOS摄像头 .6 3.2.2 用LM1881分离视频信号.7 3.2.3 使用单片机采集信号.8 3.3 电机驱动电路.9 3.4 速度检测模块.9 3.4.1 速度传感器的选择.9 3.4.2 信号采集.10 3.5 伺服电机驱动.10 3.6 本章小节.10 第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告
3、 第四章 纵向加速性能.11 4.1 受功率限制的加速度.11 4.1.1 发动机.11 4.1.2 动力传动系统.12 4.2 受附着力限制的加速度.14 4.2.1 增大摩擦系数.14 4.2.2 增加驱动轮上的重量.14 4.3 其他影响因素说明.15 4.4 本章小节.16 第五章 制动性能.17 5.1 智能车模型影响制动性能的部件.17 5.1.1 前束的影响.17 5.1.2 轮胎摩擦力的影响.17 5.2 本章小节.18 第六章 平稳行驶与侧翻分析.19 6.1 晃动对智能车行驶的影响.19 6.2 激振的产生和相应的对策.19 6.3 侧翻的研究.20 64 本章小节.22
4、第七章 稳态转向.23 7.1 高低速转向概述.23 7.2 前轮定位.23 7.3 伺服电机分析.24 IV 7.4 其他影响因素.25 7.5 本章小结.25 第八章 控制信息获取.27 8.1 摄像头可视范围及调整.27 8.2 赛道黑线识别.27 8.3 图像干扰处理.29 8.4 本章小节.30 第九章 速度与转角控制.31 9.1 速度控制.31 9.2 转角控制.31 9.3 本章小节.32 第十章 具体弯道处理.33 10.1 急弯.33 10.2 小蛇形弯.34 10.3 整体策略分析.36 10.4 本章小节.36 第十一章 开发与调试.37 11.1 开发与调试.37 1
5、1.2 集成开发环境Corewarrior IDE.37 11.3 调试器的使用.39 11.4 程序的下载.40 11.5 程序的调试.41 第十二章 总结.43 第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 12.1 模型汽车制作过程整体情况和技术指标概述.43 12.2 问题的改进方向.44 12.3 结束语.45 鸣谢.47 参考文献.I 附录 A.III VI 第一章 引言 1.1 背景与制作情况介绍 第二届全国大学生智能汽车竞赛为学生们提供了一次课外实践的机会。在一个学期的制作过程中，可以将自己的想法付诸实践，是最令人兴奋的事。5个月中的学习，5个月中的尝试，5个月中的失败，汇聚出5个月后
6、的作品。 针对比赛的情况作出分析，认为硬件结构才是决定智能车比赛成绩的关键。设计出的最简系统含有以下模块：用于检测路面的摄像头和视屏信号分离电路，后轮电机驱动电路，电源供电电路。特别选用旋转编码器作为速度采集模块，不需要任何外围电路。由于摄像头采用的标准PAL制式发送信号，外部电路也极为简单。 系统从始至终都在简单、可靠的指导思想下完成。抓住主要矛盾，处理主要问题，按照这样的原则制作的智能车在华南赛区的比赛中取得了第七名的好成绩。 1.2 文献综述 参考第一届飞思卡尔智能车竞赛的论文集学做智能车1获得对竞赛的总体认识。对于一般的汽车动力学知识，参看汽车动力学基础2。使用控制器则参考飞思卡尔公司
7、的器件手册。制作过程中参看了大量去年竞赛队伍的技术报告，获得了许多帮助。主要的参考队伍列于文后。根据本队的实际情况，以提高学生基本技能为主，制作过程中参看了大量基础教材，文后不再一一列出。 1.3 本文结构 全文按照智能车制作过程分为三个部分：搭建硬件平台、车辆通用性能的改进和针对比赛的控制策略。第二章、第三章为第一部分，具体讲述硬件平台的搭建过程。（模型车设计制作的主要思路以及实现的技术方案概要说明。模型车机械部分安装及改造、传感器的设计安装、系统电路板的固定及连接等。）第二部分为第四章到第七章，讲述一般汽车理论在智能车机械结构调整中的应用。第三部分为第八章到第十章，具体分析针对比赛赛道的控
8、制策略。（HCS12控制 第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 软件主要理论、算法说明及代码设计介绍等）第十一章说明了开发工具的使用（开发工具、制作、安装、调试过程说明），最后一章是总结。（模型车的主要技术参数和程序主流程图说明包含在总结中） 2 第二章 机械安装 2.1 智能车方案概要 本车以稳定高速的在赛道上运行为目的，综合运用了机械，自动控制，传感检测等技术，取得了较好的成果。本车大体分为六个部分：利用jk309 型号的CMOS摄像头来检测赛道信息，利用了非线性的PD算法对舵机的转向进行控制，主电机采用MC33886 驱动，并使用了实用的 0-1算法来控制转速，速度检测模块运用了欧姆龙E
9、6A2 型编码器，其极高的精度监控速度的变化，电源模块采用了max752和lm2940分别提供12v和5v的供电电压，核心处理单元采用的是飞思卡尔半导体公司的MC9S12DG128B系列 MCU，各个部分经过MCU 的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶。 2.2 CMOS传感器安装 选择可以方便调节高度的传感器支架对于调试和使用摄像头来说十分必要。 安装摄像头除了提供必须的支撑、调节到合适的高度以外，还应该考虑以下对整车性能会带来影响的因素： 整车重心位置不宜偏高； 不宜过分增加整车重量； 按照以上的要求，我们选用照相机三脚架的支撑腿作为安装摄像头的支架。这种材料结实、轻便，结构可以
10、随意伸缩。便于调试。 2.3 光电编码器的安装 安装光电编码器的安装涉及到传动装置。选用欧姆龙公司的E6A2光电编码器，编码器旋转一圈发出200个脉冲，每分钟最多可采集5000转。采用不同齿数的齿轮可以调节编码器的精度。由于齿轮是通过软连接轴与光电编码器相连，所以特别设计一个适应不同齿数的编码器装置。 2.4 电路板的固定和安装 第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 电路板的固定相对容易一些。在不增加额外重量的情况下，调节合适的智能车重心，应仔细考虑安装位置。 为使加速更快，将电路板安装在后轮上方。 图2.1 电路板安装示意图 2.5 本章小节 1. 摄像头安装在车身中部，使用可调节长度的轻便
11、材料不会过多增加重量。 2. 光电编码器使用可变化传动比的设计，便于调节精度。 3. 电路板固定在后轮上方，增加后轮负载，提高加速性能。 4 第三章 硬件电路设计及实现 作为一切控制实现的基础，硬件电路应该稳定、可靠。本着简洁的目的实现需要的功能。电路板连接示意图如下： 图3.1 电路板线路连接关系图 表3.1各功能模块引脚分配表 功能模块名称 工作方式 使用的引脚 CCD 输出 AD0 编码器 输出 PBCN 拨码开关 输出 AD1 舵机 输出 PWM0 MC33886驱动芯片 输出 PA.5 电池电压 舵 机 主电机 MC33886驱动 拨码开关 MC9S12 主控制器 PWM0 IO口（PA.5） AD1 PBCN AD0 编码器 CCD图像信号第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 3.1 电源电路 系统使用的总电容为：1731.5uf。低电压稳压芯片LM2940为单片机和光电编码器供电，MAX752集成芯片将电压升到12V，为摄像头供电。串接二极管为伺服电机供电。系统采用的电源系统示意图如下： 图3.2 电压转换示意图 3.2 视屏信号采集电路 在智能车的图像信息采集模块中选择模拟摄像头。 3.2.1 JMK309面阵CMOS摄像头 摄像头传感器采用JMK公司的JK309。具体参数如下： 12V MC9S12 LM1881 电池电压 CCD
