【正文】 西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 基于微控制器k60的光電智能車 控制軟件設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 09自動化1班 學(xué) 號 08103090102 學(xué)生姓名 趙昆鵬 指導(dǎo)教師 雷俊紅 設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院 2013 年 5 月西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評分表學(xué)生姓名趙昆鵬學(xué) 號08103090102專 業(yè)自動化班 級1班畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于微控制器k60的光電智能車控制軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）起止時間 2013年 1 月 10 日至 2013 年 5 月 24 日指導(dǎo)教師評語：建議成績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱教師評分表學(xué)生姓名趙昆鵬學(xué) 號08103090102專 業(yè)自動化班 級1班畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于微控制器k60的光電智能車控制軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）起止時間 2013 年 1 月 10 日至 2013 年 5 月 24 日評閱教師評語：建議成績：評閱教師簽名： 年 月 日西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄學(xué)生姓名趙昆鵬學(xué) 號08103090102專業(yè)名稱自動化答辯時間2013年5月24 日答辯地點(diǎn)C0311指導(dǎo)教師雷俊紅題 目基于微控制器k60的光電智能車控制軟件設(shè)計(jì)答辯小組成 員姓 名職 稱姓 名職 稱提問及回答情況記錄： 記錄人簽字： 年 月 日答辯成績：答辯小組組長簽名： 年 月 日畢業(yè)論文成績答辯委員會認(rèn)定成績畢業(yè)論文等級學(xué)院答辯委員會意見：負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日注：畢業(yè)論文成績=指導(dǎo)教師成績40%＋評閱教師成績20%＋答辯成績40%；答辯委員會認(rèn)定成績是根據(jù)該生畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)及該專業(yè)整體論文情況的綜合評定成績。論文等級分優(yōu)秀（≥90分）、良好（80~89分）、中等（70~79分）、及格（60~69分）、不及格（60分）。基于微控制器k60的光電智能車控制軟件設(shè)計(jì)摘要：全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽要求在規(guī)定的汽車模型平臺上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的微控制器作為核心控制模塊，通過增加道路傳感器、電機(jī)驅(qū)動模塊以及編寫相應(yīng)控制程序，制作完成一個能夠自主識別道路的模型汽車。在本次控制軟件設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)車模直立行走，將車模直立行走主要的控制算法集中起來，形成控制算法總框圖。根據(jù)選用的傳感器等硬件方面的條件，需要采集的信號有：陀螺儀信號；加速度計(jì)信號；電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號；傳感器CCD信號?？刂栖嚹ｋ姍C(jī)轉(zhuǎn)動需要進(jìn)行的控制環(huán)節(jié)有：車模直立控制，使用車模傾角的PD（比例 微分）控制；車模速度控制，使用PI（比例 積分）控制；車模方向控制，使用P（比例）控制。通過控制軟件的設(shè)計(jì)使車模達(dá)到了預(yù)期中直立行走的目的。關(guān)鍵詞：Freescale 智能車 CCD 陀螺儀 加速度器The design of control software of photoelectric intelligent vehicle controller based on K60Abstract：The National College Freescale cup petition for intelligent vehicle demands that we should made plete an independent identification of road model cars in the platform of vehicle model on the regulations micro controller using Freescale Semiconductor microinstruction as the core control module, by increasing the road sensors, motor drive module and the preparation of the corresponding control procedures.In the control software design, in order to achieve the walking model, the main control algorithm for the car walk upright to,form the control algorithm block diagram. According to the sensor hardware conditions, we need acquire the signal that: the gyro signal。 accelerometer signal。 the motor speed sensor pulse signal。 CCD signal. What we need the motor rotation control links to control the rotation of models are: by using the model angle erect, PD (proportional differential) control to realize the upright or model control。by using the PI (proportional integral) control to realize the car speed control。 by using the P (proportional) control to realize the vehicle direction control. Through the design of control software of the model to achieve the desired purpose of walking upright. Key words：Freescale smart car CCD gyro accelerometer 目錄目錄第1章 緒論 1 智能車發(fā)展歷史 1 智能車研究前景 1 本課題主要研究問題 1第2章 車模直立行走的原理 3 3 車模速度控制 6 車模方向控制 8 車模傾角測量 9第3章 車?？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì) 14 14 14 模糊控制 15 總結(jié) 16 16 車模速度PI 控制 17 車模方向P控制 18第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)………………………………………………………………………………………………….20結(jié)束語 24致謝 25附錄A:部分程序源代碼 27附錄B: Singlechip Microputer 40第2頁西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論 智能車發(fā)展歷史智能小車系統(tǒng)是迷你版的智能汽車，二者在信息提取，信息處理，控制策略及系統(tǒng)搭建上有很多相似之處，可以說智能小車系統(tǒng)將為智能汽車提供很好的試驗(yàn)和技術(shù)平臺，推動智能汽車的發(fā)展。CCD作為很多智能汽車的信息輸入的傳感器具有其他很多傳感器所不具有的優(yōu)勢，如對物體的特征提取，視野寬廣等，因此基于CCD的智能小車系統(tǒng)的研究將推動智能汽車的發(fā)展。智能汽車是未來汽車的發(fā)展方向，將在減少交通事故、發(fā)展自動化技術(shù)、提高舒適性等許多方面發(fā)揮很重要的作用；同時智能汽車是一個集通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動控制，信息融合技術(shù)，傳感器技術(shù)等于一身的行業(yè)，它的發(fā)展勢必促進(jìn)其他行業(yè)的發(fā)展，在一定程度上代表了一個國家在自動化智能方面的水平[1]。汽車在走過的100多年的歷史中，從沒停止過智能化的步伐，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著汽車市場競爭激烈程度的日益加劇和智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）地興起，國際上對于智能汽車及其相關(guān)技術(shù)的研究成為熱門，一大批有實(shí)力有遠(yuǎn)見的大公司、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開展了這方面的研究。很多美國、日本和歐洲等國家都十分重視并積極發(fā)展智能車系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，取得了很多成就。我國的相關(guān)研究也已經(jīng)開展，清華大學(xué)成立了國內(nèi)最早的研究智能汽車和智能交通的汽車研究所，在汽車導(dǎo)航、主動避撞、車載微機(jī)等方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，2000年上海智能交通系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段，國防科大研制出第四代無人駕駛汽車，西北工業(yè)大學(xué)、吉林交通大學(xué)、重慶大學(xué)等也展開了相關(guān)研究[2]。這一新興學(xué)科正在吸引越來越多的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者投入其中。 智能車研究前景智能車系統(tǒng)有著極為廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航并把車開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實(shí)現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔(dān)當(dāng)起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運(yùn)輸、消防滅火等任務(wù)。在普通家庭轎車消費(fèi)中，智能車的研發(fā)也是很有價值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達(dá)會自動探測前方的障礙物，電腦會控制車輛自動停下來，撞車就不會發(fā)生了。 本課題主要研究問題系統(tǒng)是以檢測圖像信號為基礎(chǔ)，通過單片機(jī)處理信號實(shí)現(xiàn)對車體控制，實(shí)現(xiàn)車體能夠直立的準(zhǔn)確沿著預(yù)設(shè)路徑尋跡。本課題主要是通過對線性CCD、陀螺儀和加速度計(jì)的認(rèn)識和掌握通過PID算法基于微處理器K60的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)車模的直立行走功能。第2章 車模直立行走的原理設(shè)計(jì)課題要求車模在直立的狀態(tài)下以兩個輪子著地沿著賽道進(jìn)行比賽， 為了分析方便，根據(jù)比賽規(guī)則，假設(shè)維持車模直立、運(yùn)行的動力都來自于車模的兩個后車輪，后輪轉(zhuǎn)動由兩個直流電機(jī)驅(qū)動。因此從控制角度來看，由控制車模兩個電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及速度實(shí)現(xiàn)對車模的控制。車模運(yùn)動控制任務(wù)可以分解成以下三個基本任務(wù)： （1） 控制車模直立：通過控制兩個電機(jī)正反向運(yùn)動保持車模直立狀態(tài)； （2） 控制車模速度：通過控制兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速速度實(shí)現(xiàn)車模行進(jìn)控制； （3） 控制車模轉(zhuǎn)向：通過控制兩個電機(jī)之間的轉(zhuǎn)動差速實(shí)現(xiàn)車模轉(zhuǎn)向控制。 以上三個任務(wù)都是通過控制車模兩個后輪驅(qū)動電機(jī)完成的?？梢约僭O(shè)車模的電機(jī)可以虛擬地被拆解成三個不同功能的驅(qū)動電機(jī)，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、前進(jìn)行走、左右轉(zhuǎn)向。 車模直立是通過負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)檐嚹Ｓ袃蓚€輪子著地，因此車體只會在輪子滾動的方向上發(fā)生傾斜?？刂戚喿愚D(zhuǎn)動，抵消傾斜的趨勢便可以保持車體直立了。： 那么車輪如何運(yùn)行，才能夠最終保持車體垂直穩(wěn)定？為了回答這個問題，一般的做法需要建立車模的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，通過設(shè)計(jì)最優(yōu)控制來保證車模的穩(wěn)定。下面通過對比單擺模型來說明保持車模穩(wěn)定的控制規(guī)律。 重力場中使用細(xì)線懸掛著重物經(jīng)過簡化便形成理想化的單擺模型。直立著的車模可以看成放置在可以左右移動平臺上的倒立著的單擺。 車?？梢院喕傻沽⒌膯螖[。圖2. 3 普通的單擺受力分析當(dāng)物體離開垂直的平衡位置之后，便會受到重力與懸線的作用合力，驅(qū)動重物回復(fù)平衡位置。這個力稱之為回復(fù)力，其大小為F=mgsin θ≈mgθ在此回復(fù)力作用下，單擺便進(jìn)行周期運(yùn)動。在空氣中運(yùn)動的單擺，由于受到空氣的阻尼力，單擺最終會停止在垂直平衡位置?？諝獾淖枘崃εc單擺運(yùn)行速度成正比，方向相反。阻尼力越大，單擺越會盡快在垂直位置穩(wěn)定下來。，單擺的運(yùn)動曲線。 單擺在不同阻尼下的運(yùn)動情況總結(jié)單擺能夠穩(wěn)定在垂直位置的條件有兩個： （1） 受到與位移（角度）相反的恢復(fù)力； （2） 受到與運(yùn)動速度相反的阻尼力。 如果沒有阻尼力，單擺會在垂直位置左右擺動。阻尼力會使得單擺最終停止在垂直位置。阻尼力過?。ㄇ纷枘幔沟脝螖[產(chǎn)生震蕩，阻尼力過大（過阻尼）會使得單擺到達(dá)平衡位置時間拉長。存在一個阻尼臨界阻尼系數(shù)，使得單擺最快穩(wěn)定在平衡位置。 為什么倒立擺在垂直位置時，在受到外部擾動的情況下，無