【正文】 本人完全了解第六屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)邀請(qǐng)賽關(guān)于保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開(kāi)參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車(chē)的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中。參賽選手須使用競(jìng)賽秘書(shū)處統(tǒng)一指定并負(fù)責(zé)采購(gòu)競(jìng)賽車(chē)模，采用飛思卡爾半導(dǎo)體提供的8位、16位微控制器作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括傳感器信號(hào)采集處理、控制算法及執(zhí)行、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制等，完成智能汽車(chē)工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點(diǎn)參加場(chǎng)地比賽。 智能車(chē)比賽意義 該賽事下設(shè)秘書(shū)處，掛靠在清華大學(xué)，競(jìng)賽是以“立足培養(yǎng)，重在參與，追求卓越”為指導(dǎo)思想，以智能汽車(chē)為競(jìng)賽平臺(tái)的多學(xué)科專(zhuān)業(yè)交叉的創(chuàng)意性科技性競(jìng)賽，是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育發(fā)展，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、第六屆全國(guó)大學(xué)生飛思卡爾智能車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神。傳感器板設(shè)計(jì)著重考慮提高傳感器的前瞻量和信號(hào)的抗干擾能力。MCU 根據(jù)輸入的信息，作出分析處理，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)角及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。因此我們通過(guò)多次試驗(yàn)制作出合適的傳感器距離。因此，智能小車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下兩部分：完成智能小車(chē)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)，根據(jù)大賽要求，調(diào)整和改進(jìn)智能車(chē)模的機(jī)械結(jié)構(gòu)，最大限度的發(fā)揮小車(chē)的性能。因此，控制軟件的設(shè)計(jì)是智能車(chē)的核心環(huán)節(jié)。舵機(jī)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)分別用于實(shí)現(xiàn)小車(chē)轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)。 智能車(chē)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果說(shuō)系統(tǒng)硬件對(duì)于智能車(chē)來(lái)說(shuō)是它的骨架和軀體，那么軟件算法就是它的靈魂。利用賽車(chē)與黑線位置的偏差和檢測(cè)到的實(shí)時(shí)車(chē)速，結(jié)合模糊控制PID 策略對(duì)賽車(chē)的舵機(jī)角度和行進(jìn)速度進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目刂普{(diào)整，使賽車(chē)在符合比賽規(guī)則情況下沿賽道快速前進(jìn)。當(dāng)車(chē)輪以主銷(xiāo)為中心回轉(zhuǎn)時(shí)，車(chē)輪的最低點(diǎn)將陷入路面以下，但實(shí)際上車(chē)輪下邊緣不可能陷入路面以下，而是將轉(zhuǎn)向車(chē)輪連同整個(gè)汽車(chē)前部向上抬起一個(gè)相應(yīng)的高度，這樣汽車(chē)本身的重力有使轉(zhuǎn)向車(chē)輪回復(fù)到原來(lái)中間位置的效應(yīng)，因而舵機(jī)復(fù)位容易。首先，賽車(chē)系統(tǒng)通過(guò)路徑識(shí)別模塊獲取引導(dǎo)導(dǎo)線的位置信息，同通過(guò)速度檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)獲取賽車(chē)的速度。因此，車(chē)模的機(jī)械性能應(yīng)該是優(yōu)先考慮的問(wèn)題。控制采用前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)方案。車(chē)輪定位的作用是使汽車(chē)保持穩(wěn)定的直線行駛和轉(zhuǎn)向輕便，并減少汽車(chē)在行駛中輪胎和轉(zhuǎn)向機(jī)件的磨損。 定位參數(shù)調(diào)節(jié)方法行駛跑偏：兩側(cè)主銷(xiāo)的傾角不一致時(shí)，那側(cè)主銷(xiāo)后傾角小就向哪側(cè)跑偏。包容角：前輪外傾角和主銷(xiāo)內(nèi)傾角的和。而舵機(jī)的固定方式也在一定程度上決定了比賽的成敗。 2） 兩臂前輪不等長(zhǎng)，有利于車(chē)模的轉(zhuǎn)彎。但這在比賽中會(huì)延緩前輪的反應(yīng)時(shí)間。因?yàn)槎鏅C(jī)轉(zhuǎn)角是需要時(shí)間的，這樣就延緩了前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)效率。這里請(qǐng)注意一點(diǎn)，力臂過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致力矩不足，反而導(dǎo)致前輪轉(zhuǎn)不到位。因?yàn)槲覀兊淖罱K目地是使車(chē)模在轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)側(cè)前輪要比外側(cè)的轉(zhuǎn)角要大。這相當(dāng)于增大力臂長(zhǎng)度，提高線速度。當(dāng)車(chē)輛在正常的過(guò)彎行進(jìn)中 (假設(shè)：無(wú)轉(zhuǎn)向不足亦無(wú)轉(zhuǎn)向過(guò)度)，此時(shí)4 個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速(輪速)皆不相同，依序?yàn)椋和鈧?cè)前輪＞外側(cè)后輪＞內(nèi)側(cè)前輪＞內(nèi)側(cè)后輪。好的差速機(jī)構(gòu)，在電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過(guò)的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過(guò)的角度之間誤差很小，不會(huì)有遲滯或者過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)情況發(fā)生。齒輪傳動(dòng)部分安裝位置的不恰當(dāng)，會(huì)大大增加齒輪噪音和減少齒輪壽命以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的負(fù)載，從而影響到最終成績(jī)。調(diào)整好的齒輪傳動(dòng)噪音很小，并且不會(huì)有碰撞類(lèi)的雜音，后輪減速齒輪機(jī)構(gòu)就基本上調(diào)整好了，動(dòng)力傳遞十分流暢。因此賽車(chē)各部件的安裝高度都盡量貼近底盤(pán)。速度傳感器用螺釘固定在鋁片上，鋁片固定在后輪支架上，這樣固定好之后，就有了較高的穩(wěn)定性。此次電磁組是第一次出現(xiàn)在比賽中，而以往的只有光電組與攝像頭組，因此在傳感器的選型與設(shè)計(jì)是重點(diǎn)應(yīng)解決的。根據(jù)技術(shù)要求， 震蕩電路 產(chǎn)生中心頻率為 20KHz 的對(duì)稱(chēng)方波信號(hào)。 功率輸出電路由于輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓、電流、頻率較大，需要一定輸出功率驅(qū)動(dòng)跑道線圈，因此最后需要功率輸出電路。根據(jù)比賽規(guī)則的要求，恒流輸出控制不需要特別的精確。電源模塊容易造成相互干擾，尤其是電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要較大的電流，很容易對(duì)其它模塊，特別是傳感器檢測(cè)方面造成一定干擾。串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),但是效率較低,功耗大。 HC9S12XS128MAA實(shí)物圖 HC9S12XS128MAA 原理圖 道路信息檢測(cè)的方式大賽根據(jù)車(chē)模檢測(cè)路徑方案不同分為電磁、光電與攝像頭三個(gè)賽題組。這種檢測(cè)方法具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，且電路計(jì)比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)信息快，信號(hào)處理速度快。而我們的首要任務(wù)就是做出交流電源，根據(jù)秘書(shū)處提供的參考方案我們使用555 產(chǎn)生20KHz 振蕩信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋電路集成模塊L298 組成功率輸出電路，成功的制作出了100mA20KHz 的交流電源?，F(xiàn)在我們有很多測(cè)量磁場(chǎng)的方法，磁場(chǎng)傳感器利用了物質(zhì)與磁場(chǎng)之間的各種物理效應(yīng)：磁電效應(yīng)（電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)、磁致電阻效應(yīng)）、磁機(jī)械效應(yīng)、磁光效應(yīng)、核磁共振、超導(dǎo)體與電子自旋量子力學(xué)效應(yīng)。（4） 載流子自旋相互作用磁場(chǎng)測(cè)量方法：自旋閥巨磁效應(yīng)磁敏電阻、自旋閥三極管磁場(chǎng)傳感器、隧道磁致電阻效應(yīng)磁敏電阻。（8） 光導(dǎo)纖維磁場(chǎng)測(cè)量方法。它具有原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小（相對(duì)?。?、頻率響應(yīng)快、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適合于初學(xué)者快速實(shí)現(xiàn)路經(jīng)檢測(cè)的方案。但并不是內(nèi)阻越小的電感越好，因?yàn)樾?nèi)阻電感通常使用更粗的漆包線，勢(shì)必會(huì)增加電感的重量，從而影響小車(chē)的性能。該方案原理圖如下所示： 三極管放大電路整流電路：三極管集電極輸出的是交流信號(hào)，需要將它轉(zhuǎn)為直流信號(hào)送入單片機(jī)AD 轉(zhuǎn)換接口。BTS7960 芯片開(kāi)頭頻率可以達(dá)到25kHz，可以很好地解決MC33886 和VNH3SP30 驅(qū)動(dòng)芯片使電機(jī)噪聲大和發(fā)熱的問(wèn)題，同時(shí)驅(qū)動(dòng)能力有了明顯的提高，響應(yīng)速度快。按照官方資料推薦的電路參數(shù)設(shè)計(jì)了如下BTS7960 驅(qū)動(dòng)電路，該電路由兩片BTS7960 并聯(lián)組成，兩個(gè)電路在并聯(lián)，外圍電路十分簡(jiǎn)單只需要一些電阻和電容，這大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。速度檢測(cè)使用100 線的光電編碼器，每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)100 個(gè)脈沖，實(shí)測(cè)脈沖波形如圖所示。鎖相環(huán)設(shè)置，我們采用的是MC9S12XS128核心，這個(gè)核心的標(biāo)準(zhǔn)總線工作頻率是40Mhz，但是在測(cè)試發(fā)現(xiàn)這個(gè)芯片能比較安全超頻工作在88Mhz的頻率上。PWM模塊用于產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)，和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)PWM工作頻率為10Khz,舵機(jī)的更新頻率為300Hz。 模型車(chē)平穩(wěn)地行駛是本次比賽的基本要求，但這并不意味著這是最簡(jiǎn)單的要求，因?yàn)樗俣瓤刂频暮脡闹苯佑绊懻?chē)的許多方面，比如直道的速度提升，轉(zhuǎn)彎速度(甚至影響了模型車(chē)的打滑程度)，導(dǎo)致彎道速度總是無(wú)法提升，特別容易打滑，根本原因就是速度控制算法處理不當(dāng)造成的。比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間Ti，Ti 越小，積分作用就越強(qiáng)。在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。u接著被送到了執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣就獲得了新的輸出信號(hào),這個(gè)新的輸出信號(hào)被再次送到感應(yīng)器以發(fā)現(xiàn)新的誤差信號(hào)，這個(gè)過(guò)程就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行。增大微分系數(shù)能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，減小超調(diào)，并且改善瞬時(shí)響應(yīng)。 (c) 采用增量型算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。 最后決定在經(jīng)典的PID算法中，加入最簡(jiǎn)單的bangbang算法。由于使用的是速度閉環(huán)，在入彎道時(shí)速度肯定會(huì)減低，此時(shí)因?yàn)樗俣乳]環(huán)的原因，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的力(即前文所說(shuō)的F2)，來(lái)提高前進(jìn)速度，根據(jù)前面的分析，F(xiàn)2的增加必然導(dǎo)致防側(cè)滑力F3的減小，造成模型車(chē)過(guò)彎側(cè)滑，但如果在過(guò)彎時(shí)暫時(shí)不使用速度閉環(huán)，那么就不會(huì)增大F2，防側(cè)滑力F3也就增加了。： 直道彎道控制流程圖 舵機(jī)控制舵機(jī)控制采用PD控制，其中P為變化的量：servo=Pa+Pd (公式4)公式4中servo為舵機(jī)輸出量，a為偏離量，P為比例系數(shù)，Pd為微分系數(shù)，d為微分項(xiàng)，其中比例系數(shù)是變化的。第六章 軟件調(diào)試、。在調(diào)試方面，使用了MC9S12XS128的串口，利用串口線將MC9S12XS128和PC的串口相連，使用串口調(diào)試工具或PC的超級(jí)終端進(jìn)行程序的調(diào)試。通過(guò)編碼器測(cè)速對(duì)速度進(jìn)行PID反饋控制。（3）、采用編碼器測(cè)速，使速度反饋更精確。（7）、研究小S走直線的控制策略，以及小S走好大S相對(duì)就不太好之間的協(xié)調(diào)方法。 int b[8],i,j,max,m,n=0,s=0,nn=0,n1,n2。define jiaodu 1510void speed(int a)。 //disengage PLL to system PLLCTL_PLLON=1。 _asm(nop)。 CLKSEL_PLLSEL =1。 //； PWMCAE=0。 //計(jì)數(shù)器清零 PWMPOL=0x2a。 //對(duì)clock SB 進(jìn)行2*2=4分頻；p PWMSCLA =4。 //通道1選擇clock SA做時(shí)鐘源. PWMPER01= 3333。 PWMPER45=1000。 } void AD_Init(void) { ATD0CTL0=0x07。 ATD0CTL4=0x01。 PITLD0=999。 }void PACB_Init(void){ PACTL= 0X40。 TSCR1=0x80。//PORTB=0X00。 b[2]=ATD0DR2。 b[6]=ATD0DR6。i++) { if(max=b[i]) { max=b[i]。ims。 } void main(void) { setbusclock()。 PACB_Init()。 for(。} if(b[1]105) { speed(85)。 handle(160)。 break。 break。} else{ speed(0)。 break。 } else{ speed(85)。 handle(27)。 break。 } else{ speed(80)。 handle(25)。 break。 } else{ speed(95)。 handle(0)。 break。 } else{ speed(95)。 handle(24)。 break。 } else{ speed(60)。 handle(80)。 break。 break。} if(b[5]100) { speed(85)。 handle(160)。 break。 } if(b[6]100) { speed(75)。 handle(200)。}。} }} default: break。 break。 handle(180)。 } else{ speed(80)。 break。 handle(140)。 handle(60)。 } if(b[5]b[4]20) { speed(35)。 break。 handle(50)。