【正文】 度。 15 個傳感器同時向 MCU 傳圖 成“一”字型排列的紅外傳感器 第一界 全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告 8 送 15 個數(shù)字信號， MCU 通過判斷高低電平的位置從而判斷出黑線相對于車身的位置，根據(jù)程序算法做出相應(yīng)的反應(yīng)。發(fā)射管不斷地向外發(fā)射紅 外線，接收管同樣一直處于接收狀態(tài)，當(dāng)有紅外光線被反射進(jìn)入接收管時，傳感器將輸出為低電平，否則輸出為高。 紅外傳感器 所使用的紅外傳感器為電子市場中直接購買的集成產(chǎn)品 ,如圖 所示 。傳感器與底板相連接是通過在底板上設(shè)計 15mm 7mm 的長方形缺口，將傳感器上的彈性卡口，直接卡在長方形缺口上即可。其電源供給以及信號傳輸由圖中兩跟排線與 MCU 相連接。 我隊模型車所使用的路徑識別方案為光電傳感器，由 15 只集成的紅外傳感器組成的傳感器組，成“一”字型排列 安裝于模型車的前部。這其中使用 了 UA7805C 提供 5V 電壓，使用 L7806VC 提供6V 電壓。MCU 及其外圍電路需要使用 5V 電源，舵機(jī)需要使用 6V電源，而直流電機(jī)則可以直接使用電池提供的電壓。 模型車的供電 整車的全部供電由 的可充電電池（ 2020mAh Nicd，由組委會統(tǒng)一型號）提供。能夠比較精確地保證在各種道路形狀下所需要的模型車速。向驅(qū)動芯片 MC33886 輸出一定占空比的 PWM 信號驅(qū)動直流電機(jī)，并帶動后輪轉(zhuǎn)動。同時，紅外傳感器又對黑 線位置進(jìn)行檢測輸送給 MCU，如此反復(fù)，便實(shí)現(xiàn)了模型車跟蹤黑線進(jìn)行行駛的目的。 第一界 全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告 4 各功能模塊之間的邏輯關(guān)系 在圖 中有相應(yīng)明確的表示。在一定的范圍內(nèi)改變車身重心的位置 ，實(shí)現(xiàn)理想的行駛效果。所以，對 12 芯片的外圍電路進(jìn)行了重新的設(shè)計和布置，重新制作電路板并將其它的功能模塊電路也整合到同一張電路板上，這樣不僅減輕了總重量更具有條理性也更穩(wěn)定。根據(jù)紅外傳感器所檢測到的路徑信息，判斷車所處的工況并輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并合理地調(diào)整 PID 的三個重要參數(shù)，達(dá)到響應(yīng)迅速并消除靜態(tài)誤差的目的，使實(shí)際車速始終快速而穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)速，達(dá)到根據(jù)需要控制車速的目的。根據(jù)黑線的位置， MCU 向舵機(jī)輸出相應(yīng)占空比的 PWM 信號。 行駛方向控制模塊 舵機(jī)（伺服電機(jī)）的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化會轉(zhuǎn)向拉 桿的橫向移動，從而帶動車輪的轉(zhuǎn)動，控制模型車的前進(jìn)方向。所有傳感器在車前進(jìn)行“一”字型排列，根據(jù)高電平的位置判斷黑線圖 模型車整體 第二章 模型車總體技術(shù)方案 3 的位置。黑色材料對紅外光線的反射率低，接收管接收光強(qiáng)較弱，則輸出高電平。 如圖 所示。通過這樣的競賽活動，使更多的學(xué)生都得到鍛煉，對大學(xué)生的就業(yè)和更快的適應(yīng)社會工作也有很大的幫助。 所以，這樣的競賽應(yīng)該在全國高校范圍內(nèi)大力推廣，使其成為高校學(xué)生的全民運(yùn)動。 作為參賽隊員，我們對此有深刻的體會，在全國范圍內(nèi)，所有的參賽隊員都是來自各種不同專業(yè)的，在校學(xué)習(xí)期間所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)各有不同各有側(cè)重，在一定程度上致使其所制作的參賽模型車的水平參差不齊。其專業(yè)知識涉及到了控制、模式識別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科，對學(xué)生的知識融合和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)， 對高等學(xué)?？刂萍捌囯娮訉W(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的長期的推動作用。 第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生 智能汽車邀請賽 技 術(shù) 報 告 附錄 A 源程序代碼 學(xué) 校： 北京理工大學(xué) 隊伍名稱： BFTC 參賽隊員： 趙玉壯 吳 林 尹 軍 帶隊教師： 張幽彤 關(guān)于技術(shù)報告和研究論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請賽關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會和飛思卡爾 半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、技術(shù)報告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。 參賽隊員簽名： 趙玉壯 尹 軍 吳 林 帶隊教師簽名： 張幽彤 日 期： 第一界 國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告 I 第一章 引言 .............................................................1 第二章 模型車總體技術(shù)方案 ..................................................2 模型車各功能模塊組成 .................................................2 路徑檢測模塊 ......................................................2 行駛方向控制模塊 ..................................................3 行駛車 速控制模塊 ..................................................3 MCU 及其外圍電路 ..................................................3 模型車的工作邏輯過程 ...................................................4 模型車的供電 ...........................................................5 第三章 路徑檢測方案 ..........................................................7 紅外傳感器 .............................................................7 紅外傳感器布置參數(shù) ....................................................8 橫向間隔距離 .......................................................8 縱向伸出長度 .......................................................9 傳感器排列方式 .....................................................9 第四章 智能模型車系統(tǒng)控制軟件設(shè)計 ...........................................11 控制軟件的設(shè)計目標(biāo) .....................................................11 控制軟件的模塊設(shè)計 .....................................................11 系統(tǒng)主程序設(shè)計 ....................................................12 自由定時器溢出中斷程序和輸入捕捉中斷程序設(shè)計 .......................14 目標(biāo)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計 ...................................................14 控制算法的實(shí)現(xiàn) .........................................................18 周期法測速 .........................................................18 數(shù)字 PID 控制算法 ...................................................20 數(shù)字 PID 算法在模型車系統(tǒng)中的應(yīng)用 ...................................21 第五章 模型車機(jī)械部分安裝及改造 .............................................23 前排紅外傳感器的固定 .................................................23 拆除不必要構(gòu)件 ........................................................23 電路板 的安裝 ..........................................................24 電池的安裝 ............................................................24 速度傳感器的安裝固定 ..................................................25 第一界 國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告 II 舵機(jī)的升高方案 .......................................................27 第六章 系統(tǒng)電路設(shè)計 ........................................................30 電源電路 .............................................................30 串行通訊接口電路 ......................................................30 直流電機(jī)驅(qū)動電路 ......................................................31 硬件電路其余部分 ......................................................33 第七章 模型車主要參數(shù)說明 ...................................................35 第八章 總結(jié) .................................................................36 工作總結(jié) ..............................................................36 后續(xù)展望 ..............................................................37 致謝 ........................................................................39 參考目錄 ....................................................................40 附錄 A 源程序代碼 ............................................................41 1 第一章 引言 “飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車設(shè)計大賽在國內(nèi)還是第一次舉辦，其是由飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助舉辦的以 HCS12 單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競賽。對國內(nèi)大學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，團(tuán)隊精神意識的培養(yǎng)都具有重大的意義。但是，在整個模型車的制作過程中，每一名隊員的收益都是一樣的，不僅將本專業(yè)的理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合到了一起，還要不斷的學(xué)習(xí)多方面的學(xué)科知識并進(jìn)行融合，對學(xué)生自學(xué)、分析問題解決問題、綜合運(yùn)用 學(xué)科知識、實(shí)踐動手和團(tuán)隊協(xié)作等各方面能力都具有極其重要的促進(jìn)意義。在單個的高校內(nèi)也可以組 織 很多隊進(jìn)行比賽，選拔出優(yōu)秀者再到地區(qū)范圍或是全國范圍進(jìn)行比賽。 2 第二章 模型車總體技術(shù)方案 本隊所使用的模型車主要采用的是紅外傳感器作為路徑識別方案，并重新設(shè)計了 MCU 的外圍電路，達(dá)到了減輕重量、整潔化一的目的。 模型車各功能模塊組成 路徑檢測模塊 路徑檢測使用紅外傳感器方案，所使用的紅外傳感器是市場中直接購買的由紅外發(fā)射管和接收管集成的反射開關(guān)，在其工作距離范圍內(nèi)可以利用不同顏色對紅外光線不同的反射率來辨別黑色與白色。同理，在照射白色材料時，輸出為低電平。路徑信息以數(shù)字信號的形式傳送給 MCU。對舵機(jī)的控制采用的是 PID 控制。 行駛車速控制模塊 主要是由驅(qū)動芯片 MC3388直流電機(jī)和速度傳感器組成，形成對車速的閉環(huán)控制。 MCU 及其外圍電路 組委會所提供的 12 開發(fā)板中的部分電路在模型車的制作中沒有使用，并且其它功能模塊電路單獨(dú)放置時會增加連接線，不