飞思卡尔智能车竞赛光电组技术报告
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告
学校：中北大学
伍名称：ARES
赛队员：贺彦兴
王志强
雷鸿
队教师：闫晓燕甄国涌
关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生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：2014-09-15日
摘要
本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang
算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅
助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。
目录
1绪论 (1)
1.1 竞赛背景 (1)
1.2国内外智能车辆发展状况 (1)
1.3 智能车大赛简介 (2)
1.4 第九届比赛规则简介 (2)
2智能车系统设计总述 (2)
2.1机械系统概述 (3)
2.2硬件系统概述 (5)
2.3软件系统概述 (6)
3智能车机械系统设计 (7)
3.1智能车的整体结构 (7)
3.2前轮定位 (7)
3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8)
3.4传感器的安装 (8)
4智能车硬件系统设计 (8)
4.1XS128芯片介绍 (8)
4.2传感器板设计 (8)
4.2.1电磁传感器方案选择 (8)
4.2.2电源管理模 (9)
4.2.3电机驱动模块 (10)
4.2.4编码器 (11)
5智能车软件系统设 (11)
5.1程序概述 (11)
5.2采集传感器信息及处理 (11)
5.3计算赛道信息 (13)
5.4转向控制策略 (17)
5.5速度控制策略 (19)
6总结 (19)
6.1效果 (20)
6.2遇到的问题以及解决办法 (20)
6.3队员之间的合作很重要 (21)
附录 (22)
源程序 (23)
1绪论
1.1 竞赛背景
随着经济发展，道路交通面临新的问题和新的挑战。所以急需改变传统交通模式，解决当前面临的困境，正是在这样的背景下智能汽车迎来了大发展的时期，各国争相投入大量资金研究无人驾驶技术。智能车的发展早期受限于技术手段，智能化较低，主要应用在自动化仓贮系统和柔性装配系统的物料运输，随着新型高精度，高可靠性的传感器不断涌现，现阶段智能车正在向适应城市道路，野外复杂地形等方向发展，在不久的将来即可真正替代人工驾驶。
1.2 国内智能车辆发展状况
1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。2000年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76km，创下国内最高纪录。2003年7月，国防科技大学和中国一汽联合研发的红旗无人驾驶轿车高速公路试验成功，自主驾驶最高稳定时速130km，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。
1.3 智能车大赛简介
飞思卡尔是业界领先的半导体公司，主要研发领域面向汽车应用领域，产品质量优秀，其他公司在汽车应用方面很难与之抗衡。飞思卡尔智能车竞赛已经经历了7届比赛，并将于今年的夏天举办第八届比赛。该竞赛由竞赛秘书处设计、规范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，力求向健康、普及、持续的方向发展。竞赛主要分为竞速赛和创意赛两种。在竞速赛中，规则规定了使用的车模、传感器类型、处理器类型和赛道尺寸等关键的因素，参赛选手可以在相同的条件下，自行设计硬件电路和软件算法，最终能以最快速度跑完全程。竞速赛分为三个赛题组：光电组、摄像头组、电磁组。不同之处在三个组的循线传感器是不一样的。电磁组的赛道中心铺有细导线，导线中通有频率和电流稳定的电信号，能利用电磁感应原理检测中心导线的位置。电磁组和另两个赛题组相比，优势在于检测信号稳定，不会受到外界采光条件的变化而影响，也不会受到赛道外的背景色所干扰，所以比较少在比赛中途因找不到赛道中心而冲出赛道的情况，缺点在于电磁传感器一般由电感电容组成，如果需要增加赛车前瞻的话需要加固定支架把传感器伸到赛车前方，这样会增加车子转弯时的转动惯量，影响车子转弯的灵活性，曾有强队想出来车体主动悬挂的方式抵消转弯时的转动离心力，从而提升车子转弯速度，使得电磁车速度得到很大提升。
1.4第九届比赛规则简介
参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分（省）赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间来决定，参加全国总决赛的队伍同时必须提交车模技术报告。大赛根据道路检测方案不同分为电磁、光电平衡与摄像头三个赛题组。使用四轮车模通过指定的线阵CCD器件或者分立的光电管传感器获得一维连续或者离散点赛道信息的属于光电组，
光电组：四轮车模允许双向运行。
车模使用 B 型车模。车模运行可以在比赛过程中，根据赛道要求随时调整
运行方向，如图2 所示
错误!未指定书签。
图X
原型车模如下