智能车科技创新申请书

安安 徽徽 农农 业业 大大 学学 大学生科技创新基金项目 申 请 书 项目名称 基于光电传感器的智能车系统的设计与实现 申 请 者 张百发 所在单位 07 通信工程 联系电话 申请日期 2010 5 28 安 徽 农 业 大 学 教 务 处 二零零九年印制 一 简表 项目名称基于光电传感器的智能车系统的设计与实现 项目类别理工类申请金额1500 元 经费类别 校资助 学院教师资助 自筹 起止年月2010 年 5 月 2011 年 5 月 姓名张百发性别男出生年月1988 年 4 月申 请 者 专业通信工程年级大三联系电话 姓名年龄专业 年级项目中的分工签名 张百发 22 07通信工程系统设计 张海博 22 07电子信息工程软件设计 王永涛 22 07电子信息工程机械设计 项 目 组 成 员 智能车是以 MC9S12XS128 单片机为核心 它分为传感器 信息处理 控制算法 执行机构四部分组成 其中单片机 传感器 执行机构以及他们的驱动电路构成 了控制系统的硬件 信息处理与控制算法由运行在单片机中的控制软件完成 对 于智能车 最重要的就是传感器了 它就像人的眼睛 用来识别路线 也就是说 外界的道路信息和内部信息的时刻联系是通过传感器的进行 交流 的 我们决 定用大功率红外对管来识别路线 关于传感器的排布见下面的研究成果 有图可 知当中间几个对管检测到黑线时智能车直走 这时通过采集的信息控制舵机把前 轮打正 同理当左边的传感器检测到信息时前轮向左拐 右边的传感器检测到时 就向右拐 底层处理就是速度了 根据对传感器采集的赛道情况进行分析 直道 上时就要控制电机加速 当遇到弯道时要减速 这样小车就能稳定的行驶在赛道 上了 意义 培养大学生的动手和创新能力 探索智能车技术 提高我校在智能控制 方面的竞争力 研 究 内 容 和 意 义 摘 要 主题词智能车光电自动识别PID 算法 二 立论 包括项目的研究意义及国内外现状分析 研究意义 研究意义 智能车辆 是一个集外界环境感知 规划决策 多等级辅助驾驶等功能 于一体的综合系统 它集中地运用了计算机 现代传感 信息融合 通讯 人工智能及自 动控制等技术 是典型的高新技术综合体 它具有道路障碍自动识别 自动报警 自动制 动 自动保持安全距离 车速和巡航控制等功能 智能车辆致力于提高汽车的安全性 舒 适性和提供优良的人车交互界面 是目前各国重点发展的智能交通系统中一个重要组成部 分 也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力 随着科学技术的发展 特别是计算机技术 信息技术 人工智能 电子技术的突飞猛 进 智能车辆技术有了实现的技术基础 目前智能车辆技术在轿车和重型汽车上主要应用 于碰撞预警系统 智能速度适应 自动操作等 其在军事上的应用更加广泛和重要 车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势 也是人们对安全性要求越来越高未来汽车的 发展方向 随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展 模糊控制技术 虚拟实 现等新技术的出现 智能车辆技术的研究将会有突破性的进展 智能车辆系统的实用化是 是智能车辆发展的前进方向 环境适应性好的智能车辆将是研究的重点 国内外现状 国内外现状 据统计部门的数据 至 2006 年我国已成为继美国之后的第二大汽车 生产和消费大国 而将功能强大的智能车载信息系统 车载电脑加载到汽车上已经成为 欧美 日本等地汽车市场的首选新装备 车载电脑给汽车带来了一场信息化的革命 让每 辆汽车构建成一个完美的车载信息与娱乐系统终端 包括车载通讯系统 导航系统 数字 娱乐系统以及辅助驾驶系统 车载电脑带来的是全方位的数字娱乐 由于其支持 WINDOWS 下的所有应用程序 因此 CD VCD DVD 以及收看电视都成为可能 让你在开车的时候 听音乐 在休息的时候欣赏好莱坞大片或是收看电视 甚至玩各种游戏 三 研究方案 包括主要研究内容 研究方法和技术路线 拟解决的关键问题 及预期进展 研究成果等 研究内容 研究内容 智能车以单片机 MC9S12XS128 为核心 配有光电传感器 电机 舵机 电池以及相 应的驱动电路 它能够自主识别路径 控制模型车高速稳定的在特定跑道上运行 如上图所示是我们车子的初步的整体布局 传感器一字型安放在车头 舵机控制前 轮的摆角 电源主要为车子提供动力 光电编码器用来测速以控制速度 主控板主要处 理采集的信息 传感器检测的信息输入到主控制器中进行处理 发射管发射红外线照射在黑线上时 红外线被吸收 这时接收管接收不到信号 通过比较器产生数字信号 高电平直接输 入到单片机的 I O 口 当发射到白板上时情况反之 这样就把道路的情况采集到单片机 中进行处理 以控制前轮的转角 同时根据传感器的信息来进行速度的控制 弯道减速 直道加速 通过 加模糊控制实时调节速度使小车平稳的行驶在如下的赛道上 研究方法 研究方法 在项目开发的过程中 我们会将理论与实践结合 在整个项目的开发周期中 有计 划 分阶段对装置进行理论研究和实验 直至完成研究任务 并经检测通过 首先就是传感器的调试 发射管发射的信号在黑线上 接收管接收不到信号 在白板上接收管能顺利的检测到红外线 其次就是传感器的摆放 为了防止传感器在高速行驶的过程中不震动 就要把它牢固的固定在车头上 光电编码 器要和齿轮啮合性良好 前轮摆动灵活 通过调节前轮的连杆可以实现 采集信号用抗 干扰算法 tiny memory 算法 速度控制用经典的 PID 加模糊控制算法 技术路线 技术路线 系统以飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128为核心控制单元 由车身前面的光电传 感器进行路径信号采集 车身后部与差动齿轮耦合的光电编码器进行速度的采集 然后 将采集的模拟电压 TTL电平以及脉冲送至MCU 经MCU处理后 分别控制转向舵机 直 流电机 完成智能车的稳定运行 转向以及特殊标志的识别动作 对赛道的处理方法 为了能够有效的反应黑线相对于小车的位置 对前排光电进行坐标赋值 从右至左 依次是 11 9 7 5 3 1 0 1 3 5 7 9 11 当某一个或两个光电传感 器检测到黑线时 即返回信号为高电平时 通过软件编程 根据传感器反馈回来的高 低电平的信号 判断其对应的坐标值为有效值或无效 单片机根据收到的数据信息对十 二个坐标值进行坐标判断 为黑线相对于小车前排光电的位置坐标 通过软件实现的细 分的方法 可以把黑线相对于小车的位置值由 12 个提高到 23 个 在宽度不到 170mm 的 范围内细分为 23 个有效坐标点 即为黑线与小车的相对位置每偏离 5mm 此偏差即会被 单片机识别 这个精度完全可以满足对小车的控制要求 电机的速度控制 赛道是由直道和弯道组成的 为了使小车能够尽快的跑完全程 就必须针对不同的 赛道设定不同的速度 即直道加速弯道减速 这就要求小车有一个很好的电机速度控制 算法 PID 控制算法具有结构简单 鲁棒性强等显著特点 是自动控制中广泛采用的一 种控制算法 普通的 PID 算法控制静态性能好 精度高 模糊 PID 响应速度快 动态性 能好 为了获取满意的系统性能 我们采用了 PID 和模糊 PID 相结合的手段 具体方法 为 当速度误差值很大时 采用模糊 PID 控制 以提高系统响应速度 当速度误差值不 大时 采用正常的 PID 控制 以提高系统的控制精度 电机闭环控制如下 给定速度 PID控制 模糊PID控制 转速反馈 e e 占 占空 空比 比 速 速度 度 电机M 拟解决的关键问题 拟解决的关键问题 一 前方道路信息的采集及处理 二 舵机转向的控制 三 电机转速的控制 四 整体机械的布局 预期进展 预期进展 2010 05 2010 07 收集资料 2010 07 2010 09 传感器方案的确定 2010 09 2010 12 软件编写及硬件设计 2010 12 2011 02 软件调试及机械设计 2011 02 2011 05 智能车的整体优化 预期研究成果 预期研究成果 传感器一字型排列 用十四对红外对管 排布如下 同时根据实际情况又分析了传感器在普通赛道和特殊赛道上的情况 以实现软件的 编写 情况如下 传感器在普通赛道 传感器在特殊赛道上 十字路