星空体育app下载入口 第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛-南昌大学大学游龙队技术报告（可编辑）.doc

第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车大赛技术报告 学校：**大学 队名：友龙 选手：王宇腾、梁瑞峰、李桂荣 指导老师：**刘国平 关于技术报告和授权使用的说明研究论文 本人充分理解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛观保关于技术报告和研究论文保留和使用的规定，即：参赛作品的版权属于参赛者本人、大赛组委会、飞思卡尔半导体可以将参赛作品的设计方案、技术报告、模型等在相关主页上收录并公开。该车的视频、图片资料将被整理收录在组委会出版的论文集中。参赛团队成员签名： 组长签名： 日期： 目录 第一章引言 11.1 智能汽车生产概述 11.2 文献综述 11.3 技术报告结构 1 第二章 智能汽车系统总体方案设计 12.1 设计要求 12.2 智能汽车系统总体设计12.3 智能汽车机械结构设计 4 第 3 章 智能汽车硬件设计 63.1 驱动模块 63.2 测速模块63.3 电源设计方案 73.4 电磁传感器设计 83.5 倾角控制模块 183.6 Freescale MC9S12XS128maa 最小系统 20 第 4 章 智能车软件设计 214.1 软件流程 21 4.2 传感器数据融合的改进 214.3 转向控制软件设计 24 第 5 章 系统调试 255.1 系统简介调试和开发环境255.1.1 CodeWarriorIDE 功能介绍 255.1.2 CodeWarriorIDE 基本使用方法 255.1.3 辅助调试工具 28. 第一章智能小车制作概述 智能小车采用大赛组委会提供的 Freescale 16 位单片机 MC9S12XS128maa 作为控制器，使用加速度计和陀螺仪进行平衡控制，并使用电感传感器进行平衡控制竞争控制。道路路径检测、电机速度和运动方向。

电机驱动芯片为BTS7960，采用MC9S12XS128maa单片机的PWM模块。采用PID控制算法来控制电机的转速，完成智能车速度和方向的闭环控制。系统还扩展了蓝牙模块作为人机操作界面，方便智能车相关参数的调整。文献综述：本次飞思卡尔智能汽车比赛，主要的技术问题是如何设计合理的传感器和轨迹信息来做出正确及时的判断，以及如何在最短的时间内控制舵机和电机走在最优路线上。时间在轨道上流逝。 S12芯片的寄存器设置和操作请参考Freescale的S12用户手册。由于选择采用电感传感来检测轨道上的20Khz方波，最终完成了轨道信息的判断，并研究了电磁原理相关书籍，即李世博的《基于磁场检测的寻线车传感器》 。马旭.卓庆. “布局研究”，并参考了赛组秘书处技术团队的《20KHz电源参考设计方案》。在选择传感器时，我们研究了宋文旭和杨帆。传感器与检测技术。邵贝贝[1]详细介绍了如何在S12系列单片机上编译程序代码以及如何使用CodeworriorIDE编译器，为程序调试和软件开发提供了很好的参考。技术报告结构技术报告以智能汽车的设计为主线，包括汽车的架构设计、硬件设计、软件设计、控制算法研究等，分为六章。

其中，第一章为绪论，第二章主要介绍小车的总体设计方案以及小车模型的相关参数，第三章详细介绍小车的硬件设计，包括机械改造和电路设计。 ，第4章介绍了小车的软件设计思路和相关算法，第5章详细介绍了赛车系统开发的调试工具。第二章智能小车系统总体方案设计 2.1 设计要求 本次飞思卡尔第六届智能小车大赛，要求参赛队伍设计具有自动跟踪功能的智能小车，并在跑道下铺设20Khz方波。电源信号线在引导线周围激发交变磁场，从而通过检测该磁场来引导车辆移动。利用电磁场引导智能汽车的优势主要体现在磁场信号具有良好的环境适应性星空体育app官方下载，不受光线、温度、湿度等环境因素的影响。智能汽车系统的设计要求是智能汽车能够正确、合理地处理采集到的信号，从而能够快速、稳定地行驶。因此，能够沿着方波信号线自动驱动是先决条件。如果想要取得更好的效果，就必须想办法提高智能车的运行速度。 2.2 智能小车系统总体设计 根据电磁小车跟踪的要求，电磁小车的设计包括赛车设计和恒流源设计。根据电磁传感器方案的设计，赛车包括六个模块：电磁传感器模块、速度传感器、MC9S12XS128模块、电机驱动模块、功率管管理模块、倾角传感器模块。系统结构框图如下： 各模块的功能如下： 1、电磁传感器模块：该模块对采集到的信息进行处理，利用该信息判断当前轨道的变化趋势。智能小车正在运行，以及小车当前的情况。速度和角度信息。

处理后的信息被传递到微控制器以做出相应的控制决策。 2、速度传感器：选择100线或500线光电编码器，采集当前电机转速作为系统速度控制的反馈。同时与设定的目标速度进行比较，选择合适的算法将其变为目标速度，从而实现电机的加减速。 3.MC9S12XS128模块：S12单片机是系统的核心部分。它负责接收赛道信息数据、赛车速度、倾斜角度等反馈信息，并对这些信息进行适当处理，形成合适的控制量来驱动电机进行控制。 4. 驱动模块：该模块包括驱动电机BTS7960。当它接收到单片机的命令时，执行相应的操作。同时，信息采集模块采集电机的状态信息并反馈给单片机。如此一来，整个系统结构就可以形成一个闭环系统，保证汽车的平稳运行。 5、功率管管理模块：为了使各模块正常工作，必须提供所需的电压。我们使用 5V 和 3.3V 稳压器。 6、倾角检测模块：通过加速度计和陀螺仪收集倾角相关数据，进行融合处理，及时控制电机星空体育app下载入口，实现小车的平衡，达到速度控制的目的。 2.3 智能小车机械结构设计 机械结构在很大程度上影响小车的速度和转向特性。在备战初期，由于缺乏经验，单纯为了传感器的稳定性，在赛车前方放置了一块印刷电路板，导致赛车的重心前移，转弯过程中不协调。

为此，我们选择使用更轻的碳纤维管作为支撑材料。此外，为了解决模型车前轮倾斜、差速器松紧等问题，我们在历届参赛队伍的基础上，通过不断练习，将赛车的机械结构调整到最佳状态。智能车的结构特点： 车辆重心的调整：在调试过程中，我们发现降低重心可以大大减少车辆在高速过弯时冲出赛道的机会。鉴于此，我们调整了汽车电瓶的位置，将其放置在汽车后方，几乎放置在最低位置，这样汽车转弯时就不会因为离心力而侧翻，这是超速的关键稍后再起来。传感器调节：传感器是模型车控制中最重要的部分，就像人的眼睛一样。要想跑得快星空·体育中国官方网，就必须看得远。为此，我们在车模整体结构允许的范围内，加长了传感器的结构，优化了智能车的前瞻效果。该方案的优越性在模型车的转弯和速度控制上表现得尤为明显。如下图所示，我们通过改变重心来实现过弯调速而不侧翻，并通过选择合适的杆长来实现前向控制。第三章智能小车硬件设计 3.1 驱动模块 驱动芯片的选择直接影响小车的加速效果。智能汽车竞争的主要标准是速度，因此驱动芯片至关重要。在准备过程中，我们反复测试了几款电机驱动芯片，最终选择使用BTS7960。原理图如下： 驱动模块原理图 3.2 测速模块良好的调速效果是建立在准确反馈的基础上的，也是各种调速算法的基础。

在最初的调试阶段，我们使用自制的光电码盘，带有光电管和比较器来获取小车当前的速度。但我们发现该方法生成的信号不整齐，影响了采集速度。最终我们放弃了这个方案，改用信号相对整齐准确的光电编码器来测量速度。我们购买了双向500线光电编码器。 XS128有一个16位脉冲累加器。我们将光电编码器输出的信号连接到PT7端口。在单片机软件设计中，每20ms读回脉冲累加器中的值，并将寄存器清零。这样就可以获得光电编码器发出的20ms脉冲，根据齿轮比可以计算出小车的实际速度。光电编码器的电路如图3.3所示： 图3.3 测速模块电路 图3.3 电源设计方案 电源电路包括振荡电路、功率输出电路、恒流控制电路和电源。 1 振荡电路 振荡电路部分由NE555产生。 2、电源输出 电源输出部分采用L298。 3、恒流控制电路 恒流控制电路由限流电阻控制。信号源原理图 3.4 电磁传感器的设计 1 导线周围的电磁场 根据麦克斯韦电磁场理论，交流电在其周围会产生交变电磁场。磁导航自平衡车路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波为甚低频（VLF）电磁波。甚低频频率范围介于工频和低频电磁波之间，为3kHz~30kHz，波长为100km~10km。

如图3-5所示： 图3-5电流周围电磁场示意图。导线周围的电场和磁场按一定的规则分布。通过检测相应电磁场的强度和方向，就可以得到距离线的空间位置，这就是笔者电磁导航的目的。由于导丝、导航线、平衡车的尺寸l远小于电磁波的波长λ，因此电磁场辐射能量很小（如果天线的长度l远小于电磁波波长，施加交流电压后，电磁波辐射功率与天线长度的四倍）功率）成正比，因此能够感应电磁波的能量很小。为此，作者将导线周围变化的磁场近似为缓慢变化的磁场，并根据检测静磁场的方法获得导线周围的磁场分布来进行位置检测。根据毕奥-萨伐尔定律，载有稳定电流 I 的长度为 L 的直导线周围将产生磁场，距导线距离 r 处的 P 点磁感应强度为： (4.1) 图 3-6 直导线由此可求出线电流的磁场。对于无限长的直流电，我们有 (4.2) 图 3-7 无限长导线周围的磁场强度。在上面的示意图中，感应磁场的分布是以导线为轴的一系列同心线。圆形的。圆上的磁场强度相同，并且随着导线半径 r 的增加而按反比例减小。 2 磁场检测方案分析 测量磁场的方法有很多种。磁场传感器利用物质与磁场之间的各种物理效应：磁电效应（电磁感应、霍尔效应、磁阻效应）、磁力效应、磁阻效应、光效应、核磁共振、超导体和电子自旋量子力学效应。

下面列出了一些测量原理和相应的传感器：电磁感应磁场测量方式：电磁线磁场传感器、磁通门磁场传感器、磁阻磁场传感器。 b 霍尔效应磁场测量方式：半导体霍尔传感器、磁性二极管、磁性晶体管。 c 各向异性电阻效应（AMR）磁场测量方法。 d 载流子自旋相互作用磁场测量方法：自旋阀巨磁效应磁阻、自旋阀三极管磁场传感器、隧道磁阻效应磁阻。 e 超导量子干涉（SQUID）磁场测量方法：SQUID薄膜磁传感器。 f 光泵磁场测量方式：光泵磁场传感器。 g 质子磁进动磁场测量方法。 h 光纤磁场测量方法。上述各种磁场测量方法基于不同的原理，测量的磁场的精度和范围也相差很大。笔者需要选择适合平衡车的检测方法。除了检测磁场的准确度之外，作者还需要考虑检测磁场的传感器的频率响应、尺寸、价格、功耗以及实现的难易程度。 100ma电流在导丝中产生的磁场强度很小，很多常用的检测方法都无法准确识别。在下面介绍的检测方法中，笔者选择了电磁感应线圈方案。它具有原理简单、价格便宜、体积小（比较小）、频率响应快、电路实现简单等特点。载流导线周围的磁场是矢量场，场的分布如图4所示。如果将两个轴线相互垂直且位于与导体垂直的平面内的线圈垂直放置在两侧对于通电的直导体，可以感应出磁场矢量的两个垂直分量，从而可以得到磁场的强度和方向。图3-8 导线周围感应电磁场 当导线中的电流按一定规律变化时，导线周围的磁场也会发生变化，线圈中就会感应出一定的电动势。根据法拉第定律，线圈的磁场