【文章內(nèi)容簡介】 tails of the various modules of the content, including servo control, motor control, infrared control module, MCU minimum system control hardware circuit design and software design flow etc.. Practice results show. The debugging and experiment fully in each module, intelligent vehicle can finally finish the task according to the requirements of requirements of the. Keywords: Intelligentcar。 MC9S。 Debugging。PWMwave 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 綜述 現(xiàn)今汽車已經(jīng)成為人們生活中不可替代的交通工具， 19 世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)有 100多年的發(fā)展歷史。汽車的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。然而，人們對汽車技術(shù)的改 進(jìn)從沒有停止過，此論文關(guān)于基于單片機(jī)的智能車控制，就是從智能車的硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)對其進(jìn)行分析。下面對智能車現(xiàn)狀以及開發(fā)環(huán)境和程序作一簡單介紹。 智能車現(xiàn)狀和發(fā)展 改革開放以來，我們國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了很大進(jìn)步，但是面對發(fā)達(dá)國家汽車企業(yè)的沖擊，我們國家也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。咱們目下當(dāng)今缺乏完備的汽車開發(fā)實(shí)力和自主的品牌，零部件構(gòu)造體質(zhì)薄弱，汽車企業(yè)與發(fā)達(dá)國家水平還有較大差距。所有這些問題必須認(rèn)真面對。未來，我國汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢將由領(lǐng)導(dǎo)者變?yōu)樽冯S者。 相關(guān)開發(fā)環(huán)境 咱們組選用的是 CodeWarrior 開發(fā) 。 下面簡單介紹它的使用。 以下將介紹在 CodeWarrior IDE 中用 C 語言來實(shí)現(xiàn)對 MC9S12 系列單片機(jī)的編程開發(fā)和調(diào)試。 （ 1）工程建立，代碼書寫 編程開發(fā)的第一步需要建立一個項(xiàng)目的工程（如圖 ），此工程包含了所有文件的指針和工程的配置信息，步驟如下： ?啟動程序 。 ?選擇 “ File” “ New… ” ,選擇 hc9s12xs Family, MC9S12XS128； ?在“項(xiàng) 目名稱”填寫項(xiàng)目名稱，選擇“位置”的存儲位置，同時(shí)用 C 語言編程；其余選擇默認(rèn)的，最后單擊完成即可 。 當(dāng)完 成了工程的建立之后就可以，在工程中添加源代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。 （ 2）編譯鏈接 單擊 “ Make”，實(shí)現(xiàn) 編譯和鏈接的工作。 圖 1 1 開發(fā)環(huán)境 （ 3）下載與在線調(diào)試 在編譯完成了之后，選擇 Pamp。E Multilink 調(diào)試模式，單擊“ Debug”即可進(jìn)入在線調(diào)試的界 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車 系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計(jì) 2 圖 1 2 調(diào)試界面 基本的調(diào)試方法是，選擇 Start/Continue進(jìn)行 全速運(yùn)行程序或者選擇 Single Step進(jìn)行單步調(diào)試，同時(shí)還可以在“ Source”窗口中的某個語句處，右擊“ Set Breakpoint” ,然后運(yùn)行到斷點(diǎn)處，觀察變量情況。數(shù)據(jù)變量的觀察可以在 Data1和 Data2窗口中觀察，在這里可以選擇變量的顯示方式是十六進(jìn)制或者十進(jìn)制，同時(shí)還可以設(shè)置自動刷新數(shù)據(jù)和自動刷新的頻率。 語言的簡單介紹 C語言是一種編程語言，為面向過程，是所有控制語言的基礎(chǔ)。它的主要特點(diǎn)是 簡 便緊湊、靈活方便 、運(yùn)算符豐富、設(shè)計(jì)自由度大、可移植性好 。它具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，既是在軟件開發(fā)上，又是在各種科研都需要用到這門編程語言，適用于編寫系統(tǒng)軟件，三維 ，二維圖形和動畫，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 【 7】 。 本文的主要工作 本文的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個自主識別路徑的智能車；它可以自動識別在跑道上的黑色標(biāo)線，穩(wěn)定運(yùn)行和保持高速度。使小車能夠達(dá)到所需的穩(wěn)定性及快速性要求。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第二章 智能汽車總體控制系統(tǒng) 智能車系統(tǒng)的要求是能夠獨(dú)立確定路線，即根據(jù)規(guī)則特別設(shè)計(jì)的跑道路面自動識別，運(yùn)行完成沒有沖出跑道，智能車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和快速性是兩個主要要求。于是關(guān)于小車的控制系統(tǒng)來講穩(wěn)定性和快速性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個首要指標(biāo)。 系統(tǒng)工作原理 按照需求分析，經(jīng)過仔細(xì)分析，決定采納模塊化設(shè)計(jì)方法。智能汽車的硬件系統(tǒng) 是以單片機(jī)為核心，配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，很好完成了系統(tǒng)功能。分別是 電源模塊、傳感器控制模塊、電機(jī)驅(qū)動控制模塊、舵機(jī)驅(qū)動控制模塊、無線通訊模塊構(gòu)成。 圖 21 所示為的智能車系統(tǒng)的工作原理： 圖 2 1 系統(tǒng)的工作原理設(shè)計(jì)框圖 智能車輛系統(tǒng)的激光傳感器檢測路面信息，并將路面信息發(fā)送到單片機(jī)。同時(shí)，通過反 饋信道編碼器將車速信息反饋給單片機(jī)。根據(jù)軌道信息和當(dāng)前的速度信息，單片機(jī)采取一定的措施，并通過 PWM 信號控制直流電機(jī)和舵機(jī)做相應(yīng)的動作，從而達(dá)成小車的轉(zhuǎn)向控制和速度的控制。 智能車系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng) 電路系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 車體結(jié)構(gòu) 器件布局安裝 電路布局安裝 模塊化電路 底層代碼 識別引導(dǎo)控制算法 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 智能車控制系統(tǒng)從硬件上分為電源模塊、傳感器模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、舵機(jī)驅(qū)動模塊、單片機(jī)模塊和無線通訊模塊，編碼器模塊 ,各個模塊的原理及用途將會在后面章節(jié)介紹。它的總體結(jié)構(gòu)如圖 22 所示： 圖 2 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 光電傳感器 MA9S12XS128 雙 BTS7970 驅(qū)動電路 驅(qū)動電機(jī) 前輪轉(zhuǎn)向 舵機(jī) 齒輪耦合 光 電 編 碼 器 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)底層是硬件結(jié)構(gòu)，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)是基于硬件和控制結(jié)構(gòu)來決定的。其軟件流程如下圖所示。 圖 2 3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 本章小結(jié) 本章主要介紹了智能車整體系統(tǒng)的工作原理，整體系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要是對硬件結(jié)構(gòu)初步的介紹，將硬件模塊化，對每個模塊分別做了簡單的介紹。同時(shí) 介紹了智能車在軟件編程的總體思路，主要是對模塊的初始化，參數(shù)的配置等。 初始化 參數(shù)設(shè)定 賽道信息處理 完成數(shù)據(jù)采集 方向舵機(jī)動作 速度控制 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計(jì) 6 第三章 智能汽車機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造 作為智能車系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模型車的機(jī)械性能直接決定著整個智能車輛系統(tǒng)的性能。 通過總結(jié)前六 屆 比賽，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)和可靠 的 硬件設(shè)備 在整個系統(tǒng)的比例越來越大 。 在條例容許的范圍內(nèi)，合理優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)可以帶來更加良好的效益。 模型車基本結(jié)構(gòu)參數(shù)介紹 系統(tǒng)所用智能車模型為 1/16仿真越野車模型，為四輪驅(qū)動。該車模機(jī)械結(jié)構(gòu)基本參數(shù)表 。 表 車模參數(shù)表 車模參數(shù) 尺寸 前輪輪距 175mm 后輪輪距 175mm 前后軸距 200mm 車輪直徑 66mm 車身長度 290mm 車前輪寬度 26mm 車后輪寬度 40mm 機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與改造 前輪定位參數(shù)調(diào)整 當(dāng)今汽車在一般的行駛的過程當(dāng)中，為了使汽車直線行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自主回正，并減小輪胎和轉(zhuǎn)向零件的磨損等，在轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸之間構(gòu)成一定的安置位置，叫做車輪定位。其主要定位參數(shù)包含：主銷后傾、主銷內(nèi)傾角、外傾角和車輪前束。此模型車可以調(diào)整車輪外傾和車輪前束。 外傾角：經(jīng)過 車輪中間的橫向平面與車輪的平面的交線與地面垂線之間的夾角稱為“前輪外傾角”，如圖 所示。 ? 圖 3 1 前輪外傾示意圖 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 前輪外傾的主要作用是防止輪胎變形，由于車身體的重量，承載而導(dǎo)致變形，從而導(dǎo)致車輪內(nèi)傾，偏磨，這將加速輪胎損壞。為了使車輪附近的道路和垂直滾動，使輪胎磨損均勻，安裝輪胎時(shí)，要有一定的外傾角。另一方面， 恰當(dāng) 的外傾也會拉長車輪各連接器件的使用壽命。 前輪前束是為了減少或抵消前輪外傾而 形成的不良后果，二者間需要協(xié)調(diào)。 用 角輪 后，會導(dǎo)致車輪 之間向外 離開， 輪胎會出現(xiàn)邊滾邊劃 ，從而加速了輪胎的磨損。 為了減緩這種情況，在安置車輪時(shí)使兩輪前邊緣距離小于后邊緣距離，這樣可以使車輪的滾動方向趨向于正前方。如下為其示意圖 。 圖 3 2 前輪前束示意圖 車體重心調(diào)整 重心位置對賽車的速度性能 ，車 體的 重心 ，穩(wěn)定的性能有很大的影響。 重心的調(diào)整主要包含重心高度和前后位置的調(diào)整。在理論上 ，對車身的穩(wěn)定性好，重心低，低重心的車在高速過彎的接地電阻，有效防止側(cè)翻具有較好的作用，所以底盤高度，伺服電路板的安裝，使重心較低安裝非常重要。 激光傳感器的安裝 檢測路線傳感器是模型車 一個重要組成部分，汽車看的更遠(yuǎn)，反應(yīng)路徑信息 越靈敏，舵機(jī)處理的越快，小車的行駛就越穩(wěn)定。通過大量的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)激光在高度為 240mm，水平傾斜角度為 48 度的條件下，接收管接受效果較穩(wěn)定，穩(wěn)定前瞻達(dá) 38cm。 小車整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)物圖 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計(jì) 8 圖 33 小車實(shí)物圖 本章小結(jié) 在這一章中，主要 介紹了模型車的機(jī)械性能，主要包括前輪定位，重心調(diào)整，還介紹了模型車的實(shí)物圖。其主要目的是為了減少它的機(jī)械性能對其穩(wěn)定性和速度的影響。還簡要介紹了激光傳感器的安裝。傳感器在實(shí)踐中取得了良好的效果，對智能車的速度控制提供了很大的貢獻(xiàn)。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第四章 光電導(dǎo)引智能汽車控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件是軟件算法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是軟件操控的對象。硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將大大減少軟件的負(fù)擔(dān)。 控制系統(tǒng)的硬件在總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)，從其他成功的計(jì)劃 案例 的基礎(chǔ)上，確?？煽啃?，硬件接口電路簡化，優(yōu)化。 激光傳感器電路 通 過前六屆智能車競賽，我們發(fā)現(xiàn)光電組在比賽中要想取得優(yōu)異的成績，大前瞻的作用越來越重要。激光管相對于紅外管而言，不僅前瞻超過 30cm 以上，而且是發(fā)出特殊頻率的光，受外界的干擾較小。因此，在本屆比賽中，我們采用激光來作為信號采集環(huán)節(jié)。 激光發(fā)射與接收原理 （ 1）激光檢測原理 激光管處于黑線上方時(shí)，激光被黑線吸收，接收管輸出低電平，檢測二極管發(fā)亮示意檢測到黑線；當(dāng)激光管處于白色地面上方時(shí)，激光被反射回接收管，接收管輸出高電平，檢測二極管不亮。 它可以用來檢測道路 環(huán)境 ，正確引導(dǎo)智能車 行駛 。 激 光 發(fā) 射 管激 光 接 收 管 激 光 發(fā) 射 管激 光 接 收 管 激光照射到白色地面上 激光照射到黑線上 圖 4 1 光電傳感器工作原理示意圖 （ 2）激光傳感器排布 首先分析第七屆組飛思卡爾委會公布的賽道的基本參數(shù)，跑道由兩條 寬黑線組成，間距為 45cm。賽道中心有兩條 10cm 長的起始線，如下圖所示。 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計(jì) 10 45cm 圖 4 2 賽道基本參數(shù) 激光傳感器電路設(shè)計(jì) （ 1） 激光發(fā)射電路調(diào)制管，將激光管的調(diào)制頻率調(diào)到 180k 至 220khz ged 應(yīng)該是 put。 V C C3O U T2G N D1t i a o z h i g u a nJ1R 1122R 1222Q1s 80 50Q2s 80 50R 131kR 144. 7 kD1L E DR 15P O T 2V C CV C C1Y 圖 4 3 發(fā)射電路原理圖 （ 2）激光接收電路接收管接收來自激光管反射的激光信號， ，上拉電阻，控制接收信號的穩(wěn) 定性。 10cm 9cm 10cm 起始線 起始線 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 V C C