【正文】 機驅動模塊舵機模塊圖7 小車系統(tǒng)總體結構圖從系統(tǒng)總體結構框圖可以知道系統(tǒng)由以下幾個部分組成。不論是傳感器部分數據的錯誤采集和識別，還是轉向伺服電機控制的失當，都會造成模型車嚴重抖動甚至偏離賽道；如果直流電機的驅動控制效果不好，還會造成直線路段速度上不去，或彎曲路段入彎速度過快而使智能車沖出賽道等問題（張建強，莊可佳，方程，2009；孫嘉，孫凱，周璐，2010）。為了使智能車能夠快速平穩(wěn)沿著賽道行駛，除了控制前輪轉向舵機外，還需要控制車速，使智能車載機轉彎時的速度不要過快而沖出跑道，所以要采用速度檢測，對智能車進行閉環(huán)反饋控制。所以要先對智能小車的模型和控制算法進行正確分析設計（張鵬，徐怡，任亞楠，2008）。為此，在以后的幾年內將連續(xù)舉辦類似的比賽像今年的“第八屆‘飛思卡爾’杯全國大學生智能車競賽” 以進一步的擴大該賽事的影響。 此次大賽由作為全球最大汽車電子半導體供應商的飛思卡爾半導體全程贊助。參加競賽的賽車均以飛思卡爾的汽車用16位微控制器(第七屆開始可以用32位)作為智能模型車之主控芯片，開發(fā)軟件可以選擇CodeWarrior ，比賽賽道具備基本參數限制。德國寶馬公司也提供了不菲的資助，邀請3名獲獎學生到德國寶馬公司研究所訪問，2005年SUNMOON大學的參賽者獲得了這一殊榮，圖3為他們設計的智能車模型（黃開勝，金華民，蔣狄南，2006）。 2000年智能車比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，至今已舉辦多屆，得到了眾多高校和大學生的歡迎，也逐漸得到了企業(yè)界的極大關注。隨著賽事的逐年開展，將不僅有助于大學生自主創(chuàng)新能力的提高，對于高校相關學科領域學術水平的提升也有一定幫助，最終將有助于汽車企業(yè)的自主創(chuàng)新，得到企業(yè)的認可?！巴句J”自主行駛了90%的賽程，不過在通過關鍵十字路口時還是靠手動駕駛。該車通過影像處理尋找道路，周圍景物被處理成3D影像。車輛移動時，4個激光傳感器、一個雷達系統(tǒng)、一組立體攝像頭和一個單眼視覺系統(tǒng)感知周圍的環(huán)境。最終斯坦福大學的“斯坦利”，獲得了第1名。在2005年的第二屆比賽中，主辦方只在賽前2小時提供一張光盤，上面提供了比賽路線上2935個“路點”的方位與海拔等詳細資料。進入21世紀，為促進無人駕駛車輛的研發(fā)，美國國防部高級研究項目局(DARPA) 從2004年起開始舉辦機器車挑戰(zhàn)大賽(Grand Challenge)。 國內外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀美歐等發(fā)達國家從20世紀70年代開始進行無人駕駛汽車的研究，大致可以分為二個階段：軍事用途、高速公路環(huán)境和城市環(huán)境。 at the same time in this paper, the bangbang algorithm bined with PID algorithm, can effectively improve the adaptability and robustness of the smart car, improve the performance of the control system.The hardware includes, fullbridge motor is built with a halfbridge BTS7970B chip drive circuit, using TPS7350 and LM1117 as stabilizing circuit core chip and posed of E6A2CS3C encoder speed software system includes the path recognition module algorithm. This system makes use of the development tools of CodeWarrior programming, to download program with BDM, the online debugging using the serial transmission of data. The system achieves the basic path identification function, in the actual test, the car is good to plete inspection driving task.Key words: smart car control system PID algorithm running on the runway目 錄1 前言 1 課題的目的和意義 1 國內外研究現(xiàn)狀 1 國外研究現(xiàn)狀 1 國內研究現(xiàn)狀 32 智能小車控制系統(tǒng)方案的設計與實現(xiàn) 4 4 6 8 離散式PID控制方法 8 模糊控制方法 9 賽道記憶方式 93 控制算法仿真與開發(fā)環(huán)境 10 主控芯片MC9S12XS128簡介 10 最小系統(tǒng)板簡介 11 功能模塊簡介 12 開發(fā)軟件簡介 13 BDM調試器的使用 13 Hiwave初始化參數設置 13 程序下載 15 程序調試 174 功能模塊的設計原理與流程圖 17 路徑識別模塊 18 PID控制算法介紹 19 位置式PID控制算法 20 增量式PID控制算法 21 PID參數整定 21 舵機轉向控制 22 速度的閉環(huán)控制 23 閉環(huán)速度控制 23 驅動電機的PID控制算法 23 剎車功能的實現(xiàn) 245 電機驅動模塊與速度反饋模塊 25 電機驅動模塊方案的對比與選擇 25 MOSFET組成的半橋驅動 25 MOSFET組成的全橋驅動 26 BTS7970B組成的全橋驅動 26 電機驅動模塊的詳細設計 27 電機驅動芯片BT7970B簡介 27 隔離芯片74LS244B簡介 28 基于BTS7970B的電機驅動模塊 29 速度檢測模塊方案的對比與選擇 30 速度檢測模塊的詳細設計 31 歐姆龍E6A2編碼盤簡介 31 編碼盤的安裝和使用方式 326 模塊調試及開發(fā)軟件的使用與調試 33 模塊調試 33 PWM模塊調試 33 無線模塊調試 34 總體調試 35 開發(fā)軟件的使用與調試 35 開發(fā)軟件的使用 35 調試過程 357 總結 36參 考 文 獻 37附 錄 38致 謝 46 畢業(yè)設計成績評定表I1 前言 課題的目的和意義本課題的是基于全國大學生飛思卡爾智能車競賽的背景，該競賽是教育部舉辦的五大賽事之一，其主要目的是加強大學生實踐、創(chuàng)新能力和團隊精神的培養(yǎng)。關鍵詞：智能小車 控制系統(tǒng) PID算法 循線行駛The design of Freescale smart car control systemCai Jianbin(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: Based on the smart car petition as a background, elaborated on the significance of this thesis, the control system is developed for intelligent car high performance. The smart car use the Freescale pany’s 16 bit microcontroller MC9S12XS128B as the core controller, using CMOS video sensors to collect traffic information, with the circuit speed sensor, motor, servo motor, battery, information processing, in order to achieve the purpose of path identification, control the smart car speed and stable on the runway running. The smart car system is a system with timevarying and nonlinear, the traditional PID algorithm of single feedback control can make the system overshoot and oscillation phenomenon in different degree, could not get ideal control effect. In this paper, the feedforward control is introduced to control the smart car system, effectively improve the realtime performance of the system, improving the reaction speed of the system。利用開發(fā)工具CodeWarrior進行編程開發(fā)，用BDM進行程序下載，利用串口傳輸的數據進行在線調試。硬件電路部分主要包括用半橋芯片BTS7970B搭建的全橋電機驅動電路、用TPS7350和LM1117作為核心芯片的穩(wěn)壓電路以及用E6A2CS3C編碼器構成的測速部分。智能小車系統(tǒng)是一個時變且非線性的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)PID算法的單一的反饋控制會使系統(tǒng)存在不同程度的超調和振蕩現(xiàn)象，無法得到理想的控制效果。 本科畢業(yè)設計飛思卡爾智能小車控制系統(tǒng)設計指導教師 級實驗師摘 要本文以智能小車競賽為背景，闡述了研究本課題的意義，開發(fā)了一種高性能的智能小車車控制系統(tǒng)。本智能小車以飛思卡爾公司的16位單片機MC9S12XS128B為核心控制器，利用CMOS視頻傳感器采集路況信息，配合速度傳感器、電機、舵機、電池等組成的電路進行信息處理，以達到路徑識別的目的，控制模型車高速穩(wěn)定地在跑道上行駛。本文將前饋控制引入到了智能小車系統(tǒng)的控制中，有效地改善了系統(tǒng)的實時性，提高了系統(tǒng)的反應速度；并且根據智能小車系統(tǒng)的特點，對數字PID算法進行了改進，引入了比例參數自動調節(jié)的方法，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性；同時，本文將bangbang算法與PID算法相結合，有效地提高了智能小車的適應性和魯棒性，改善了系統(tǒng)的控制性能。軟件系統(tǒng)部分主要包括與路徑識別系統(tǒng)相關模塊的算法。本文基本實現(xiàn)了路徑識別的功能，在實際的測試中，小車能夠較好的完成循線行駛的任務。 and according to the characteristics of the smart car system, the digital PID algorithm is improved, the proportion parameter method is automatically adjusted, to improve the dynamic characteristics of the system。本文結合實際研發(fā)一套使智能小車高速而穩(wěn)定地循線行駛的高性能智能小車控制系統(tǒng)。在軍事用途方面，早在80年代初期，美國國防部就大規(guī)模資助自主陸地車輛ALV （Autonomous LandVehicle)的研究。該大賽對促進智能車輛技術交流與創(chuàng)新起到很大激勵作用。整個賽道有急轉彎、隧道、路口還有山路，比賽要求參賽車輛能夠自主完成全部路程。具有6個奔騰M處理器的電腦完成“斯坦利”的所有程序的處理。圖1 “斯坦利”行駛圖2006年德國舉辦了歐洲陸地機器人競賽(European Land Robot Trial，簡稱(ELROB)),德國的參賽車“途銳”取得了冠軍。該車由光學定向與測距系統(tǒng)對收集的信息進行導航決策，分析哪里是行人哪里是樹木。圖2 “途銳”行駛圖韓國大學生智能模型車競賽是韓國漢陽大學汽車控制實驗室在飛思卡爾半導體公司資助下舉辦的以 HCS12單片機為核心的大學生課外科技競賽。這項賽事在韓國的成功可以證明這一點。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。電源部encoder 部電機部傳 感 器 部圖3 SUNMOON大學的智能車 國內研究現(xiàn)狀在國內已經成功地舉辦過七次‘飛思卡爾’杯全國大學生智能汽車競賽。比賽計時由電子計時器完成并實時在屏幕顯示，最終成績取決于賽車最快單圈時間、技術報告評分以及賽車沖出賽道次數的綜合評判。無論從參賽隊伍中的大學生們學習、研制參賽權過程的感受，還是指導老師和各參賽隊伍的反應來看，該次賽事取得了圓滿的成功，達到了預期的目的。圖4 第七屆飛思卡爾智能車大賽光電組小車圖5 第五屆飛思卡爾智能車大賽攝像頭組小車圖6 第七屆飛思卡爾智能車大賽電磁組小車2 智能小車控制系統(tǒng)方案的設計與實現(xiàn)智能小車控制系統(tǒng)既要滿足隨動系統(tǒng)要求，也要滿足恒值調節(jié)系統(tǒng)要求。本文智能車系統(tǒng)采用飛思卡爾16位單片機MC9S12XS128為核心控制單元，由采用攝像頭檢測技術的道路識別模塊和速度檢測模塊負責采集信號，并將采集到的電平信號送入核心控制單元MCU，核心控制單元對信號進行處理后，通過單片機端口發(fā)出PWM信號波，通過輸出不同占空比分別對轉向舵機、直流電機進行驅動控制，完成控制智能車的方向與速度。單片機必須把路徑的判斷、相應的轉向伺服電機控制以及直流驅動電機的控制精密地結合在一起。本文智能小車系統(tǒng)總體結構圖如圖7所示。(1)中央處理器單元中央處理器采用MC9S12XS128