【正文】 12Vout2in3GND1U5LM940FCap6_sSWIP7.圖 紅外傳感器模塊供電電路由于紅外發(fā)射管是基于漫反射原理的，其發(fā)射的紅外光可能影響到安裝在附近的紅外接收管。因此，為了能夠既增加徑向探出距離，又盡量減小重心偏移，可以采用帶傾角的傳感器的安裝方式。前瞻性大的智能車將擁有更多的反應時間和賽道信息。圖 電源管理與分布框圖 傳感器布局 紅外布局徑向探出距離是指光電傳感器與車頭的徑向距離。③ 電壓。主要是為舵機提供工作電壓。主要為單片機、紅外管以及部分接口電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、MC9S12DG128 單片機控制核心路徑識別模塊測速模塊直流電機驅動模塊舵機驅動模塊車速信號舵機控制信號后輪驅動 PWM 方波信號主控制器：MC9SDG128B光電道路檢測速度檢測轉向伺服電機控制直流驅動電機控制電源模塊BDM 調試接口 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 11噪聲小，電流容量大于 500mA。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉換成各個模塊所需要的電壓。設計中除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還有在電源轉換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化。 硬件電路設計 mc9sdg128b 的最小系統(tǒng)及接口設計單片機的最小系統(tǒng)及功能如下：①時鐘電路給單片機提供一個外接的 16MHz 的石英晶振；②串口的 RS232 驅動電路可實現(xiàn) TTL 電平 RS232 電平的轉換；③BDM 口讓用戶可以通過 BDM 調試工具向單片機下載和調試程序；④供電電路主要是由單片機提供+5V 電源；⑤復位電路是通過一個復位按鍵給單片機一個復位信號，調試過程中非常有用；⑥調試按鍵和單片機的 PORTA 口相連，調試小燈和 PORTB 口相連，供程序調試使用。要想使智能車高速穩(wěn)定完成賽道，模型車的機械結構參數(shù)的優(yōu)化和硬件設備的可靠性所占的比重要大于軟件程序及其控制策略所占的比重。硬件電路設計是自動控制器的基礎。表 改造后車模主要參數(shù)車模長（ cm） 39車模寬（ cm） 20車模高（ cm） 20探出距離（ cm） 15傳感器個數(shù) 共 15 個（14 個用于道路信息采集，1 個用于速度檢測）車模重量（kg） 增加電機個數(shù) 0賽道檢測頻率（次/S） 20表 車模主要部件與單片機端口設置車模部件 作用 端口使用驅動電機 速度控制 PWM5,6舵機 轉向控制 PWM01紅外管傳感器 道路信息采集 ATD0~13測速傳感器 檢測光電脈沖 PT2 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 93 系統(tǒng)結構設計智能車的設計制作涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機和機械等多個學科的知識，但是總的來說可以歸納為系統(tǒng)結構設計和軟件設計兩個制作方面。表 改造前車模基本尺寸參數(shù)軸距 197cm前輪距 124cm后輪距 136cm車輪直徑 5cm車長 316mm車寬 172m傳動比 18/76如圖 所示：其中虛線部分為輪胎，A 點為右輪的轉動軸點，同理，對應左側相應位置。控制采用前輪轉向，后輪驅動方案。 整體框架及車模參數(shù)“飛思卡爾“智能汽車車模采用 1/10 的仿真車模。采用了紅外光電傳感器對賽道檢測，可以預測較遠距離的賽道情況，并采用可靠的算法對檢測所得的數(shù)據(jù)進行處理，并做出決策，由此對舵機、電機進行控制，實現(xiàn)了較精確的轉向控制和快速的行駛。缺點也是顯而易見的，分辨率不高，采集信息少，易受外界環(huán)境光線影響，同時占用單片機端口比較多。這種光電傳感器的基本原理是，自帶一個光源（發(fā)光二極管）和一個光接收裝置（光敏三極 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 7管） ，光源發(fā)出的光經(jīng)過待測物體的反射被光敏元件接收，再經(jīng)過相關電路的處理得到所需要的信息（如圖所示） 。這種傳感器在智能識別技術中有著廣泛的應用。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。此種方法雖然有分辨率比較高，對路面的信息處理準確等優(yōu)點，但對硬件處理速度和軟件算法的要求都比較嚴格，實時性欠佳，且成本較大。使用 CCD 攝像頭進行圖像采集和識別。 方案的對比與選擇（光電傳感器與 CCD 攝像頭的選擇）1）CCD：全稱是 charged—coupled device，電子耦合組件。在保證模型車運行穩(wěn)定既不沖出跑道的前提下，跑完一圈的時間越少，成績越好。賽道的寬度和拐彎最小半徑參數(shù)提供，賽道具體形狀可任意拼接。在速度檢測方面加上了自制的碼盤，實現(xiàn)了速度閉環(huán)，盡量使小車的運行速度達到最優(yōu)，小車的可靠性也能夠滿足系統(tǒng)要求。中期進行一些理論性的工作，確立光電傳感器的循線算法，學習使用稍復雜的控制手段來完善對小車的控制，期間我們對車模的機械結構進行了改進。圖 智能車整體效果圖所以我們最初的目標是在熟悉 S12 這款單片機的同時用最簡化的手段將循線小車的功能實現(xiàn)。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 52 智能車方案設計 設計思路的簡要說明作為一個完整的機電控制系統(tǒng)，在設計上需要考慮如系統(tǒng)機械性能，電氣性能，系統(tǒng)軟件設計，可靠性設計，甚至還需考慮外型設計、安裝維護等諸多方面的設計問題。第五章為智能車軟件算法設計，分別介紹了智能車紅外傳感器布局，系統(tǒng)總體控制策略、各賽段控制算法及 PID 參數(shù)整合等；第六章介紹了硬件軟件輔助軟件；余下的是總結和鳴謝。 本文的概況及結構安排本文分為六章，包括小車的框架結構、智能車模型的調整、小車的系統(tǒng)結構和軟件的功能分析和控制算法的研究等。使用飛思卡爾半導體公司的 8 位、16 位微控制器作為核心控制模塊，通過增加道路傳感器、電機驅動電路以及編寫相應軟件，制作一個能夠自主識別道路的模型汽車，在封閉的跑道上自主循線運行。而第四屆比賽共有來自全國 26 個?。ㄗ灾螀^(qū)） 、直轄市的 230 余所高校的 780 支隊伍參賽，分華南（由華南理工大學承辦） 、西部（由西北工業(yè)大學承辦） 、東北（由吉林大學承辦） 、華東（由杭州電子科技大學承辦）與華北（由北京科技大學承辦）五大分賽區(qū)進行選拔，最終由 88 所高校的 120 支隊伍參加競速賽的全國總決賽，經(jīng)專家評審選拔 10 支隊伍直接參加創(chuàng)意賽的全國總決賽。基于第一屆和第二屆比賽的成功經(jīng)驗，第三屆比賽將范圍擴大到全國具有以自動化專業(yè)為主的理工類高等本科學校約 300 余所，并采取賽區(qū)比賽和全國總決賽結合的比賽形式。從賽車尋跡技術方案來看，賽道檢測方式也大體分為紅外發(fā)射/ 接受管檢測方式和 CCD/CMOS攝像頭檢測方式兩類。首屆智能車競賽于 2022 年 8 月 20 日至 21 日在清華大學進行，共有來自全國 57 所高校的112 支參賽隊參加。首屆比賽采用 MC9S12DG128 作為主控芯片，相比于 MC9S12DP256 有 256K 的程序存儲空間，MC9S12DG128 只有 128K 程序存儲空間。 “飛思卡爾”智能車的背景和發(fā)展“飛思卡爾” 智能車就是用微控制器芯片作為主控芯片的智能模型車設計作品，它可以由紅外光電傳感器或視頻采集等諸多的方法來實現(xiàn)路徑識別，通過對小車速度的智能控制，使小車能按照任意給定的黑色引導線平穩(wěn)地尋跡并完成規(guī)定路徑，這種智能車涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多個學科，其中智能控制是很重要的環(huán)節(jié)。這就是我國目前最先進的智能自動駕駛汽車系統(tǒng)。我國清華大學計算機科學與技術系的人工 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 3智能與智能控制實驗室已進行了多年的研究，并且取得了很大的成果。1994 年 10 月清華大學研制成我國第一臺室外智能移動機器人 THMRIII。 國內智能車研究狀況雖然我國對智能車輛的研究起步較晚，但是發(fā)展較快。如在超車時，駕駛員只需根據(jù)計算機所提示的前方車輛行駛速度，輸入有關最高限速等簡單命令，計算機便會根據(jù)公路上的具體情況，自動調整速度和方向，并在絕對安全的情況下，實現(xiàn)超車。法國公路技術研究所技術顧問克洛德另據(jù)報道，雷諾正在研制的自動汽車或智能車輛將讓汽車能夠感知周圍環(huán)境，如道路狀況、附近車輛的距離及行駛速度等，并能根據(jù)具體情況及時作出調整車速、校正方向等正確反應。在民用方面，智能車輛也有許多成功的例子。在太空探索方面，美國 NASA 研制的火星探測機器人索杰那于 1997 年成功登上火星，這是一個具有六個輪子的自主移動機器人。從此，在全世界掀開了全面研究智能車輛的序幕，如 DARPA 的“戰(zhàn)略計算機” 、計劃中的自主地面車輛(ALV)計劃(19831990)、能源部制訂的為期 10 年的機器人和智能系統(tǒng)計劃(RIPS)(19861995)、以及后來的空間機器人計劃等等，另外，日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機器人計劃、歐洲尤里卡中的移動機器人計劃等。 國內外智能車研究概況 國外智能車研究狀況美國國家科學委員會曾預言：“20 世紀的核心武器是坦克，21 世紀的核心武器是 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 2無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其中 2022 年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊，并走向戰(zhàn)場。結合傳感器技術和自動駕駛技術可以實現(xiàn)汽車的自適應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，此外他還能擔當起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運輸、消防滅火等任務。智能車輛系統(tǒng)的實用化是是智能車輛發(fā)展的前進方向，適應性強、環(huán)境適應性好的智能車輛將是研究的重點。車輛智能化是汽車工業(yè)今后的發(fā)展趨勢，也是人們對安全性要求越來越高未來汽車的發(fā)展方向。隨著科學技術的發(fā)展，特別是計算機技術、信息技術、人工智能、電子技術的突飛猛進，智能車輛技術有了實現(xiàn)的技術基礎。智能汽車是一種高新技術密集的新型汽車，研究人員正從智能汽車的信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡環(huán)境及智能結構等幾個方面進行研究。自 20 世紀 80 年代以來，智能控制理論與技術在交通運輸工程中越來越多的被應用，在這一背景下，智能汽車的概念應運而生。關鍵詞：MC9S12DG128 ，智能車，光電傳感器，PID 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 II 頁 The Control Method of “Freescale” Intelligent car Based on Photoelectric Sensor Author : Xue Hale Tutor : Zhao YidingAbstractIn the background of the fourth National Intelligent Car Contest for College Students, this article introduces the soft hardware structures and the development flow of the vehicle control system. This contest adopted the standard model car prescribed by the contest anization mittee, using the 16bit MCU MC9S12DG128 produced by Freescale Semiconductor Company as the core controller, developing under the CodeWarrior , requires the car track the line fast on t