【正文】 9]。在通過直角彎的時候采取同樣的策略，如圖44所示?？梢缘贸鼋Y論：如何選擇合理的路徑與合理的瞬時速度，提高賽車的整體速度是提高比賽成績的關鍵。比賽中經(jīng)常會看到凈速度很快的車卻不能取得好成績，甚至不能完成比賽，原因分析如下：如果賽車在通過彎道時路徑不合理或者速度過快都容易發(fā)生側滑或者側翻，這兩種現(xiàn)象都會造成賽車的失控，是很危險的。另外使用編碼器采集速度值，作為輔助速度控制。4 軟件設計根據(jù)此次我們對于智能車的整體設計方案，我們從傳感器得到的外部信息輸入有：電磁傳感器得到的中心線位置、速度傳感器得到的智能車即時速度。③ 將各芯片所有未用輸入引腳全部接數(shù)字地，所有未用輸出引腳全部接數(shù)字回路的電源。④ 在單片機口線，電源線，電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件，如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩等，可顯著提高電路的抗干擾性能。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。 基于以上抗干擾設計的原則，在控制器的PCB板設計時，應注意以下幾點： 1）抑制干擾源① ~1μ高頻電容，以減少IC對電源的影響。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。最簡單的方法就是使用二極管檢波電路將交變的電壓信號檢波形成直流信號，然后再通過單片機的AD采集獲得正比于感應電壓幅值的數(shù)值。 圖320 為RLC并聯(lián)諧振 parallel resonant 上述電路中，E是感應線圈中的感應電動勢，L是感應線圈的電感量，R0是電感的內阻，C是并聯(lián)諧振電容。這個感應電動勢信號具有以下特點：（1）信號弱：感應電壓只有幾十個毫伏。 感應磁場線圈檢測線圈可以自行繞制，也可以使用市場上能夠比較方便購買的工字型10mH的電感。我們需要選擇合適車模競賽的檢測方法，除了檢測磁場的精度之外，還需要對于檢測磁場的傳感器的頻率響應、尺寸、價格、功耗以及實現(xiàn)的難易程度進行考慮。當線圈往左偏移，x∈（15,30），感應電動勢差值小于零；反之，當線圈往右偏移，x∈(0,15)，感應電動勢大于零。由于線圈的軸線是水平的，所以感應電動勢反映了磁場的水平分量。 假設在車模前方安裝兩個水平的線圈。 不同的線圈軸線擺放方向，可以感應不同的磁場分量。 以上各種磁場測量方法所依據(jù)的原理各不相同，測量的磁場精度和范圍相差也很大，G。（3）各向異性電阻效應（AMR）磁場測量方法。但是對于磁場定量精確的測量以及更多測量方法的發(fā)現(xiàn)還是在二十一世紀初期才得到了突飛猛進的發(fā)展。 由于本設計中導線通過的電流頻率較低位20KHz，且線圈較小，令線圈中心到導線的距離為，認為小范圍內磁場分布是均勻的。 由畢奧薩伐爾定律知：通有恒電流I長度L的直導線周圍產(chǎn)生磁場，距離導線距離r處p點的磁感應強度為： (31) 由此得： (32)對于無限長直電流來說，上式中則有： (33)由圖313可見，感應磁場的分布是以導線為軸的一系列的同心圓。如下圖所示： 圖311 電流周圍的電磁場示意圖 Electromagnetic field around current schematic導線周圍的電場和磁場，按照一定規(guī)律分布。鍵盤是4個按鍵，主要用作各參數(shù)的設定，保存等任務。由于單片機IO口內部有上拉電阻，按鍵可不接上拉電阻，串聯(lián)一個小的限流電阻接地，輸出口接單片機IO口。圖37 AMS11175應用電路 The application circuit of AMS11175圖38 電機驅動模塊 The module of motor driver 速度檢測模塊編碼器用于電機測速，是電機閉環(huán)控制的關鍵檢測反饋元件。IN引腳用于確定哪個MOSFET導通。因此我們利用AMS11175穩(wěn)壓芯片將電源電壓穩(wěn)壓到5V。一旦電源出現(xiàn)問題，各部分電路的功能將受到很大的影響。本設計采用專門的復位芯片IMP811S，如圖34所示：圖34 復位電路 The circuit of resett 4）BDM下載線接口電路：當單片機進入BDM模式之后，上位機可以通過BDM接口單片機下載程序，進行在線調試，BDM方式是單片機開發(fā)的最根本的調試方式。一般的人使用的阻容復位穩(wěn)定性較差，常常有按了復位沒反應，要按一段時間才能復位的經(jīng)歷。 2）時鐘電路：主要由石英晶體振蕩器和一些電容、電阻組成，雖然單片機可以由集成到單片機內部的RC振蕩器產(chǎn)生單片機工作需要的時鐘，但這種簡單的時鐘電路頻率的穩(wěn)定性得不到保證，不如使用外部晶振來得穩(wěn)定。S12單片機片 較高的I/O電平有利于抗外界干擾，所以S12單片機特別適合于那些工作環(huán)境惡劣的控制系統(tǒng)。尋址方式有16種。S12X系列單片機目前又有幾個子系列：MC9S12XA系列、MC9S12XB系列、MC9S12XD系列、MC9S12XE系列、MC9S12XF系列、MC9S12XH系列和MC9S12XS系列。模型車的硬件結構分為路徑識別模塊、速度檢測模塊、電機驅動模塊和電源管理模塊等幾個部分，結構框圖如圖31所示：圖31 智能車系統(tǒng)整體結構圖 Intelligent car system structure 單片機最小系統(tǒng)設計 HCS12X系列單片機簡介Freescale 公司的16位單片機主要分為HC12 、HCS1HCS12X三個系列Freescale公司的16位單片分為HC1HCS1HCS12X三個系列。所以，對智能車總系統(tǒng)設計的合理性和科學性就顯得尤為重要。然后介紹了汽車在正常行駛中發(fā)生側滑的原因與減小側滑的方法，通過調整車體的重心、質量、底盤參數(shù)以及前輪定位能夠減小了智能車運行過程中發(fā)生側滑的可能性。舉例說：當滑動量比較大的時候，變形力就會大于粘合力，占支配地位。這時候，輪胎會有一些橫向滑動。而縱軸表示摩擦系數(shù)，在圖中左邊的部分， 發(fā)生于輪胎內部的滑動處于支配的地位，就是常說的“輪胎蠕動”。當壓在輪胎上的重量或滑動量發(fā)生改變的時候，這兩個因素的比例就會發(fā)生改變。在圖中右邊的部分，在兩個表面之間的滑動處于支配地位。圖26是滑動量和摩擦力的關系： 在圖中的橫軸表示滑動量，從0%(沒有滑動，輪胎僅僅是向前滾動)，到100%(輪胎垂直于地面且垂直于車輛行進的方向)。讓我們來看看摩擦力是如何產(chǎn)生的。 由前面的分析可知，后輪側滑在模型車的運行過程中危害極大（尤其在過彎時），對模型車的過彎速度有很大的影響。四輪側滑較少出現(xiàn)[4]。好的差速機構，在電機不轉的情況下，右輪向前轉過的角度與左輪向后轉過的角度之間誤差很小，不會有遲滯或者過轉動情況發(fā)生。此次所使用賽車配備的是后輪差速機構?？紤]到智能車競賽對于智能車的動力性高要求有操縱穩(wěn)定性和制動性的要求高，所以可以在安裝電路板、電池位置時，使型車的重心位置靠近前軸，從而提高智能車的整體性能。謂不足轉向性，是指轉向盤保持一固定轉角的情況下，緩慢加速或以不同車速等速行時，隨著車速的增加，車輛的轉向半徑增大。而汽車制動性要求制動減速大、制動距離短，有良好的制動方向穩(wěn)定性，不易發(fā)生前輪喪失轉向、后軸側滑和跑偏現(xiàn)象。具體安裝結構如圖24所示圖24 主控板的連接與固定 Connection with the fixed control board 重心調整 汽車重心的改變會影響汽車的動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通用性等重要特性。通過實際測試，力臂的增大的確大大提高了模型車的轉彎時的轉向。左右[2]。不同之處是主銷內傾的回正與車速無關，主銷后傾的回正與車速有關，因此高速時后傾的回正作用大，低速時內傾的回正作用小。 主銷后傾 主銷后傾是指主銷裝在前軸，上端略向后傾斜的角度。前輪是轉向輪，它的安裝位置由主銷內傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4 個項目決定，所使用的車模中，車輪和主銷是平行的，調成了0度左右，適當?shù)恼笆梢蕴岣哌B續(xù)轉向的反應能力。 傳感器伸出車體一定的距離以獲得相應的前瞻性[1]。 系統(tǒng)總體結構“飛思卡爾” 杯全國智能車競賽采用了韓國愛得美公司生產(chǎn)的Matiz系列1:10模型車，如圖21所示:圖21車體機械圖 Chassis’s mechanical drawing 該模型車底盤采用的是等長雙橫臂式獨立懸架。對于智能車系統(tǒng)來說擁有穩(wěn)定而結構合理的硬件是智能車在比賽中取得好成績的基礎。本屆比賽在前幾屆比賽的基礎上增加了賽道的難度，增加了彎道和蛇形道在整個賽道中的比重，在決賽中還增加了不同角度的坡道，這對參賽選手及智能模型車系統(tǒng)提出了更高的要求。 我國的發(fā)展現(xiàn)狀 我國于2006年8月舉辦第一屆全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽，此次比賽吸引了來自全國59所著名學校的112支代表隊的參與，大賽分預賽和決賽兩個階段。韓國現(xiàn)代公司自2004年開始免費捐贈了一輛轎車作為賽事的特等獎項。本系統(tǒng)雖然只是一個模型，但具有充份的科學性、實用性和先進性，對真實智能車控制系統(tǒng)所遇到的問題，都有所研究?；陲w思卡爾單片機的智能車設計畢業(yè)論文目錄0 前言 11 概述 2 智能車國外發(fā)展現(xiàn)狀 2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀 2 本文的研究內容 22 汽車模型機械結構的設計 4 系統(tǒng)總體結構 4 傳感器的安裝 5 前輪定位 5 主銷內傾 5 主銷后傾 5 前輪外傾 6 舵機的安裝與改進 6 主控板的連接與固定 7 重心調整 7 差速調整 8 防側滑理論 8 輪胎影響因素 9 本章小結 113 系統(tǒng)硬件電路設計 12 智能車系統(tǒng)整體結構 12 單片機最小系統(tǒng)設計 12 HCS12X系列單片機簡介 12 MC9S12XS128性能概述 13 電源管理模塊 17 電機驅動模塊 17 速度檢測模塊 18 調試模塊 19 鍵盤模塊 19 LCD顯示模塊 19 路徑識別模塊 20 導線周圍的電磁場 20 雙水平線圈方案 22 感應磁場線圈 25 信號選頻放大 25 幅度測量 26 硬件的抗干擾措施 27 本章小結 284 軟件設計 29 總體控制流程圖 29 控制策略分析 29 控制方法的選擇及分析 31 舵機調節(jié) 32 模擬式PID調節(jié) 33 數(shù)字式PID 33 舵機控制策略 35 賽道信息 35 舵機控制策略 35 各個模塊初始化 36 時鐘模塊初始化 36 PWM模塊初始化 37 A/D模塊初始化 38 ECT模塊 38 本章小結 395 技術經(jīng)濟分析 406 結論 41 系統(tǒng)調試 41 總結 41 展望 42致謝 44參考文獻 45附錄A 譯文 46附錄B 外文文獻 50附錄C 部分程序 56III0 前言 智能運輸系統(tǒng)作為未來交通發(fā)展趨勢之一，為解決城市交通擁擠和堵塞問題提供了有效途徑。本文以第八屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽為背景，對智能車控制系統(tǒng)進行了深入的討論，以作者參與制作的智能模型車為例簡要介紹了智能模型車的設計制作全過程,主要涉及到機械、電子、傳感器技術、驅動控制技術、自動控制、人工智能等多個領域的研究及技術融合。2000年智能汽車競賽首先由韓國漢陽大學承辦開展起來，每年全韓國大約有100余支大學生隊伍報名并準予參賽，至今己成功舉辦了9屆，得到了眾多高校和大學生歡迎，也逐漸得到了企業(yè)界的極大關注。汽車制造商認為，人工智能系統(tǒng)將能幫助人們駕駛，最終完全承擔駕駛任務；研究者希望他們的技術將有助于減少交通事故。分賽區(qū)的前幾名優(yōu)勝者參加全國的總決賽。2 汽車模型機械結構的設計 智能車的設計涵蓋了控制、模式識別、電子、機械等多個學科的知識，但是總的來說歸納為硬件和軟件兩個方面。機械結構部分工作主要包含傳感器的安裝、前輪注銷傾向的調節(jié)、舵機的安裝、主控板的連接與固定，干簧管的安裝、驅動模塊的安裝、編碼器的安裝以及后輪差速的調整等。 傳感器的安裝傳感器采用的是2個磁場檢測電感一字均勻分布的布局安裝，如圖22所示。前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，轉向輕便和減少輪胎的磨損。角度越大前輪自動回正的作用就越強烈，但轉向時也越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱。主銷內傾和主銷后傾都有使汽車轉向自動回正，保持直線行駛的功能。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度約在1176。在并非改變舵機本身結構的條件下，將舵機豎立起來，加大兩端的力臂，并使其力臂相等。圖23舵機安裝圖 Servo Installation Diagram 主控板的連接與固定 采用接插件與焊接結合的方式連接傳感器、主控板、編碼器、電機驅動電路、電機、賽道起始檢測等單元，既考慮可靠性，又兼顧結構調整與安裝的便利性。模型車為電機前后輪同時驅動，如果僅從此方面考慮，重心應該盡量靠近中心。對于汽車的操縱性，操縱穩(wěn)定性好就必須有不足轉向特性，并且不足轉向不應過大。 綜合上面的理論可知:重心靠近后軸，對于模型車動力性能有益；重心靠近前軸，于模型車的制動性和操縱穩(wěn)定性有益。當車輛在正常的過彎行進中 (假設：無轉向不足亦無轉向過度)，此時4個輪子的轉速(輪速)皆不相同，依序為：外側前輪＞外側后輪