天津工业大学锋利队技术报告

第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告学校天津工业大学队伍名称锋利队参赛队员李超谢乐成郭威带队教师张军关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名带队教师签名日期目录第一章引言第二章硬件设计21单片机22电源管理模块221电源总体分配图2227805和7806降压模块223DC/DC升压模块23后轮电机及其驱动模块231后轮电机232后轮电机驱动模块24传感器模块241传感器工作原理及性能242传感器布局25速度负反馈模块26前轮舵机27智能车的主要技术参数第三章软件设计31HCS12控制软件理论32算法说明及代码设计介绍33调试过程说明第四章结论参考文献附录第一章引言本赛车采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128B作为核心控制单元，通过红外光电传感器进行路径识别，采用自制光电码盘检测速度，采用MC33886DH集成H桥芯片驱动电机，具有简单且先进的转向控制算法和速度控制算法，保证智能车能够在各种不同尺寸的赛道上稳定高速的行驶。本技术报告将从硬件设计（单片机型号、电源管理模块、后轮电机及其驱动模块、传感器模块、速度负反馈模块、前轮舵机）和软件设计两大部分对智能车各项性能进行介绍。第二章硬件设计21单片机本智能车采用大赛组委会提供的采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128B作为核心控制单元，有关MC9S12DG128B的详细信息可以登陆WWWFREESCALECOMCN。22电源管理模块221电源总体分配图2227805和7806稳压模块由于电源提供的直流电压为72V，而单片机、测速传感器和其中6个光电传感器的工作电压为5V。所以，使用7805电路进行5V稳压。电路如右图所示图1电源管理原理图图2电源管理电路图图37805电路图前轮舵机的工作电压为486V，根据舵机的特性，电机在6V时能输出最大转矩。所以，采用7806对电源电压进行降压与稳压。如右所示223DC/DC升压模块本智能车光电传感器有2个的工作电压为12V，所以我们采用DC/DC升压模块将电压升为12V。23后轮电机及其驱动模块231后轮电机本车后轮电机采用由深圳市高翔电机有限公司生产的RS380SH4045直流电机,电机参数如下表232后轮电机驱动模块后轮电机采用飞思卡尔MC33886芯片进行驱动。MC33886芯片主要技术参数50VTO40VCONTINUOUSOPERATIONPWMFREQUENCIESUPTO10KHZ50AHBRIDGEUNDERVOLTAGESHUTDOWNMC33886驱动芯片与单片机连接、与电机连接电路24传感器模块图47806电路图DC/DC升压模块VIVOGND0图5DC/DC升压模块表一驱动电机参数图6MC33886连接电路原理图241传感器工作原理及性能光电传感器采用浙江超能电子有限公司生产的E3FDS30C1型号光电传感器。此传感器能有效的检测出黑白线。并且，此传感器有检测距离远，灵敏度可调，响应速度块等优点。具体参数为工作电压DC1030V工作电流I200MA探测距离430CM。响应时间T15MS242传感器布局分布在上面的两个红外光电传感器探测距离20CM，我们主要用它来检测弯道，并适时的减速；中间的四个红外光电传感器主要用来检测弯道并根据情况控制前轮所转的角度；下面的两个光电传感器主要用于检测直线。25速度负反馈模块采用红外光电对射传感器对安装在后轮转轴上的自制编码器提取信号，并用555定时器对所提取的信号进行整形，整形后的信号送入单片机，通过单片机输入捕捉功能计算出智能车当时的行驶速度，根据反馈回的速度控制输给后轮PWM占空比。速度反馈电路如下图7E3FDS30C1型号光电传感器原理电路图图9555定时器引脚图图8传感器布局测速编码器安装情况如右图，采用自制的编码盘，焊接的电路。26前轮舵机SRM102舵机基本参数如下响应速度48V旋转60度02秒输出力矩33KG6V转速018S6V尺寸392036MM重量45G工作电压486V27智能车的主要技术参数智能车总体重量124千克长、宽、高35CM、24CM、14CM电路功耗12W电容总容量传感器种类及个数红外光电传感器6个光电传感器2个红外对射传感器1个赛道信息检测精度55MM图10速度反馈电路图11测速传感器安装位置第三章软件设计31HCS12控制软件理论软件以光电传感器检测黑白线的的不同而输出高低电平为依据，根据不同传感器到黑线，对应不同的情况，对前轮舵机转向和后轮电机速度进行控制。并设置了一些特殊情况，以解决小车在不同路段行驶时有不同情况。并使用编码器测速原理对小车进行测速。以控制小车的高速运行，起反馈作用。程序流程图为程序开始中断执行程序AD初始化AD转换转换值给最高速度传感器不同情况时各速度初始化舵机各角度初始化PWM、定时器、H口初始化转换完判断谁中断关中断否是速度最大控制速度速度SPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL3|CTRL4IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL5|CTRL6IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL7|CTRL8IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEPWME0PWMDTY01TURN_DRIVEPWMDTY5SPEED_DRIVEPWME34RETURN根据当前速度、传感器检测到黑线情况，对小车的速度进行控制。包括当小车速度小到设置极限时对其升速。当最外传感器检测到黑线时，根据当时速度情况对其降速，以保证其能正常转过弯道，不会冲出跑道。33调试过程说明对速度、转角、传感器位置以及传感器灵敏度进行调节。确定小车在不冲出跑道的前提下，在直线上能达到的最大速度、转弯降速时最小降到多少进行调节。以达到最佳的搭配。对传感器之间距离、传感器灵敏度进行小范围的调节，以达到最好的检测状态。并对其抗干扰性进行检测。第四章结论半年来，在紧张的学习之余,我们积极准备着即将到来的智能车大赛，虽然我们的知识和经验还很不足，但在经过几个月来的精心准备，我们完成了智能车的设计制作与调试，并在自制的跑道上完成了各种自动驾驶测试。我们的智能车主要由寻迹探测部分和转速控制部分两大部分构成，具有简单而先进的转向控制算法与速度控制算法，小车行驶快速、可靠。但智能车在“S”形赛道上仍有一定的振荡并且小车行驶的稳定性不是很强，往往在同一赛道上每一圈的时间有一定的差别，针对这个问题，我们进行了一系列的有针对性的测试尽量将振荡降到最小，使其具有更好的稳定性。参考文献1MC9S12DT128BDGV1DEVICEUSERGUIDE2MC9S12ATD10B8CV2DEVICEUSERGUIDE3MC9S12BDLCV1DEVICEUSERGUIDE4MC9S12BFV1DEVICEUSERGUIDE5MC9S12CRGV3DEVICEUSERGUIDE6MC9S12DT128PIMV1DEVICEUSERGUIDE7MC9S12ECT16B8V1DEVICEUSERGUIDE8MC9S12EETS2KV1DEVICEUSERGUIDE9MC9S12FTS128KV1DEVICEUSERGUIDE10MC9S12IICV2DEVICEUSERGUIDE11MC9S12MSCANV2DEVICEUSERGUIDE12MC9S12PWM8B8CV1DEVICEUSERGUIDE13MC9S12SCIV2DEVICEUSERGUIDE14MC9S12SPIV2DEVICEUSERGUIDE15MC9S12VREGV1DEVICEUSERGUIDE16邵贝贝单片机嵌入式应用的在线开发方法北京清华大学出版社，200417王宜怀，刘晓升嵌入式应用技术基础教程北京清华大学出版社，200518黄继昌无线电爱好者实用资料图表集北京人民邮电出版社，199119秦曾煌电工学上下册电子技术第五版北京高等教育出版社，1999附录程序代码INCLUDE/COMMONDEFINESANDMACROS/INCLUDE/DERIVATIVEINFORMATION/PRAGMALINK_INFODERIVATIVE“MC9S12DG128B“UNSIGNEDCHARCTRLUNSIGNEDCHARSPEED9UNSIGNEDINTTURN9UNSIGNEDCHARATDUNSIGNEDINTTURN_DRIVE1500UNSIGNEDCHARSPEED_REF0INTTURN_CHANGE0UNSIGNEDCHARSPEED_DRIVE200UNSIGNEDCHARLEFT0UNSIGNEDCHARRIGHT0UNSIGNEDCHARCOUNTER/AD初始化VOIDAD_INITVOIDATD0CTL20XC0/控制寄存器2上电，标志位快速清零ATD0CTL30X08/一个通道转换，非FIFO模式ATD0CTL40X85/转换精度8位，2个AD转换周期，最高AD转换时钟为2MHZ，即24MHZ/51052MHZATD0CTL50X80/八位精度只能采用右对齐方式，结果数据无符号表示，选择多路转换，通道选择码为000CC,CB,CA即从0通道开始的3个通道被采样ATD0DIEN0X00/禁止数字输入缓冲/中断口H初始化VOIDPORTH_INITDDRH0X00PIEH0XFF/H口中断允许PPSH0XFFVOIDPORTK_INITDDRK255PORTK6/IN20D10D21/计数、定时初始化VOIDECT_INITPBCTL0DLYCT0ICPAR_PA0EN0TCTL4_EDG0A1MCCTL_MODMC1ICPAR_PA0EN1MCCTL_MCZI1MCCTL_MODMC1MCCTL_MCPR3MCCTL_RDMCL1MCCNT50000TSCR1_TEN1MCCTL_MCEN1/PWM初始化VOIDPWM_INITPWMCTL_CON011/0和1联合成16位PWM；PWMCNT010/计数器清零；PWMPOL_PPOL11/先输出高电平，计数到DTY时，反转电平PWMPRCLK0/CLOCKA不分频；CLOCKABUSCLOCKPWMSCLA12/对CLOCKSA进行24分频；PWMCLOCKCLOCKA/241MHZ/PWM0、1,前轮电机PWMDTY01TURNCTRL/高电平时间为15MSPWMPER0120000/周期20MS；50HZPWMCLK_PCLK11/选择CLOCKSA做时钟源；PWME_PWME11/允许PWM1/PWM5后轮电机PWMCNT50PWMPOL_PPOL51PWMDTY5SPEEDCTRLPWMPER5255PWMCLK_PCLK51PWME_PWME51RETURN/H口中断处理函数PRAGMACODE_SEGNON_BANKEDINTERRUPTVOIDH0_INTERRUPTVOIDDISABLEINTERRUPTS/关中断IFPIFH0B00000100/3传感器检测黑线；CTRL3LEFT1RIGHT0ELSEIFPIFH0B00001000/4传感器检测黑线；CTRL4LEFT0RIGHT1ELSEIFPIFH0B00010000/5传感器检测黑线；CTRL5LEFT1RIGHT0ELSEIFPIFH0B00100000/6传感器检测黑线；CTRL6LEFT0RIGHT1ELSEIFPIFH0B01000000/7传感器检测黑线；CTRL7LEFT1RIGHT0ELSEIFPIFH0B10000000/8传感器检测黑线；CTRL8LEFT0RIGHT1ELSEIFPIFH0B00000011/1、2传感器同时检测黑线；CTRL0LEFT0RIGHT0ELSEIFPIFH0B00000001/1传感器检测黑线；CTRL1LEFT0RIGHT0ELSEIFPIFH0B00000010/2传感器检测黑线；CTRL2LEFT0RIGHT0TURN_DRIVETURNCTRLSPEED_REFSPEEDCTRLSPEED_DRIVE200PWME0PIFH255PWMDTY01TURN_DRIVEPWMDTY5SPEED_DRIVEPWME34ENABLEINTERRUPTSASM“RTI“/中断返回/T0定时中断INTERRUPTVOIDT0_INTERRUPTVOIDCOUNTERPACN0PACN00TFLG2_TOF1MCFLG_MCZF1IFCTRL1TURN_DRIVEELSEIFCTRL2TURN_DRIVE/控制子程序VOIDCONTROLIFCTRL0IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL3|CTRL4IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL5|CTRL6IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEELSEIFCTRL7|CTRL8IFCOUNTERSPEED_REFSPEED_DRIVEPWME0PWMDTY01TURN_DRIVEPWMDTY5SPEED_DRIVEPWME34RETURN/主程序VO