基于激光传感器智能车的设计与实现

I基于激光传感器智能车的设计与实现摘要教育部高等学校自动化专业教学指导委员会为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，将于2010年7月举办全国大学生第五届智能汽车竞赛。该竞赛要求以MC9S12XS128单片机为核心控制模块，使改装后的智能小车能够自动识别赛道，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜，是一次涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。本课题的主要工作是进行控制算法与硬G1226G20549动的G11752G12362，以实G10628智能小车按照一定的规G2029自动G7828G8991路G19766G1461G5699，G17810G2052G17907G5242与G12295定性的最G1351G13479G2524，主要G2265G6336硬G1226与G17731G1226的G16786计。G17731G1226主要G2265G6336赛道G21669线G1313G13634精G11842G6564G2474，G14345机、电机控制模块以G2462路G19766G6251G5190G6212模块G727硬G1226电路主要G2265G6336电G9316G12661G10714、G9620G1821传感G3132、G17728G2533G14345机G2462电机的G20549动、车G17907G7828G8991等硬G1226电路。关键词G726MC9S12XS128G727智能车G727G9620G1821传感G3132IITHESTUDYANDREALIZATIONOFSMARTCARBASEDONLASERSENSORABSTRACTTOENHANCESTUDENTSPRACTICE,INNOVATIONANDTHECULTIVATIONOFTEAMSPIRIT,ANDPROMOTEHIGHEREDUCATIONREFORM,NATIONALUNIVERSITYSTUDENTSSMARTCARRACEWILLBEHELDINJULY2010，SPONSOREDBYTHEMINISTRYOFEDUCATIONCOLLEGESTHEAUTOMATEDSPECIALIZEDTEACHINGINSTRUCTIONSUBCOMMITTEEWEUSEMC9S12XS128ASTHECORECONTROLMODULE,GUIDINGTHEMODIFIEDSMARTCARTRACKSASETLINE,THEWINNERISTHETEAM,WHOSESMARTCARUSEDTHESHORTESTTIMETHISCREATIVESCIENTIFICANDTECHNOLOGICALCOMPETITIONINCLUDESMANYDISCIPLINES,SUCHASCONTROL,PATTERNRECOGNITION,SENSORTECHNOLOGY,ELECTRONIC,ELECTRICAL,COMPUTER,MACHINERYANDSOONTHEMAINWORKOFTHISTOPICISWORKOFTHEHARDDRIVEANDCONTROLALGORITHM,INORDERTOREALIZEINTELLIGENTCARACCORDINGTOCERTAINRULESAUTOMATICALLYDETECTROADINFORMATION,SPEEDANDSTABILITYOFTHEBESTCOMBINATIONMAINLYINCLUDESHARDWAREANDSOFTWAREDESIGNSOFTWAREINCLUDINGTRACKPOSITIONACCURATELYEXTRACTEDBLACK,STEERING,MOTORCONTROLMODULEANDPAVEMENTANTIINTERFERENCEMODULETHEHARDWARECIRCUITINCLUDINGPOWERMANAGEMENT,LASERSENSOR,STEERINGSERVOMOTORDRIVE,SPEEDDETECTIONHARDWARECIRCUITKEYWORDSMC9S12XS128G727SMARTCARG727LASERSENSORIII目录G6700G3要G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G44G3G36G69G86G87G85G68G70G87G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G44G44G3G20G3G13502G16782G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G3G20G17G20G3智能车比赛G13984G7235G1183G13473G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G3G20G17G21G3智能车比赛规G2029的G12628单G1183G13473G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G3G20G17G21G17G20G3比赛规G2029G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G3G20G17G21G17G21G3G4557智能车比赛规G2029的G2010G7524G2462G19668要G1582的工作G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G23G3G21G3智能车机械G13479G7512的G11752G12362G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G25G3G21G17G20G3智能车车模G2454G6980G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G25G3G21G17G21G3G14345机和电机G2454G6980G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G26G3G21G17G22G3G14345机G4445装G7053式G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G27G3G21G17G23G3G2081G17730G1554G16294的G16855G6984G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G27G3G21G17G24G3G2081后G17730G5058G17907机G7512G16855G6984G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G20G3G21G17G25G3G21843G17730传动机G7512G16855G6984G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G20G3G21G17G26G3传感G3132的G16786计G4445装G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G20G3G21G17G27G3G8991G17907G13546G11733G3132的G4445装G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G20G22G3G21G17G28G3G1866G4439机械G13479G7512的G16855G6984G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G1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7G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G24G22G3致G3G3谢G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G24G23G3附录一G3部G2010英文G2454考资料G2462译文G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G24G24G3附录二G3主要电路G2419G10714G3282G3G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G17G3G25G25G3G311绪论11智能车比赛背景介绍智能汽车又叫G17730式移动机G3132人，是一种G19610环境感知、规划决G12586、自动行驶等功能于一G1319的综G2524G13007G13491，G4439G19610中地运用了计算机、传感G3132、G1461G5699、通G1461人工智能等技术，是典型的高新技术综G2524G1319。G4439具有重要的军用G2462民用价值，如美国发射的“勇气”G2507和“机遇”G2507火星探G8991G3132实质上都是装备先进的智能车辆，除此之外，智能汽车在野外、道路、G10628代物G8981业G2462柔性制造G13007G13491中都有广泛运用，该G11752G12362已成为人工智能领域的热G98698。鉴于智能车辆拥有越来越广泛的市场G2081G7235和应用价值，多年以来，韩国汉阳大学和飞G5617卡尔公司进行G2524作，针G4557韩国大学生连续多年举办了智能车大赛G727自2006年起，中国教育部与相关高校进行G2524作，开G3999在中国举办全国大学生智能车竞赛。本次邀请赛要求G2454赛队引导改装后的模型汽车按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导G2010委员负责主办的全国大学生智能车竞赛至今年已是第五届。在这场综G2524性很强，以汽车电子为G13984G7235，涵盖控制，模式识别，传感，电子，电气，计算机和机械等多学科交叉的科技创新性比赛中，各高校同学积极G2454与，勇于突破，仅在G2081四届的比赛中，G2454赛车的G17907G5242已有了突飞猛进的G6564升。大赛根据车模G7828G8991路G5464G7053案不同G2010为电磁、G1821电与摄像头三个赛题组。车模通G17819感应G11013赛道中心电线G1147生的交G2476磁场进行路G5464G7828G8991的G4658于电磁组G727车模通G17819G18331G19610赛道G3282像G708一G13512、二G13512G709进行路G5464G7828G8991的G4658于摄像头组G727车模通G17819G18331G19610赛道上G4581G6980G4408G12447G9869G2465射G1154G5242进行路G5464G7828G8991的G4658于G1821电组。12智能车比赛规则的简单介绍今年已是第五届比赛，在本次比赛中，G2454赛G17885G6175G1185G20047使用大赛组委会G13491一G6564G1391的竞赛车模，以FREESCALE公司生G1147的16G1313单核G5506控制G3132作为核心控制单G1815，自主G7512G5617控制G7053案G2462G13007G13491G16786计，G2265G6336传感G3132G1461G2507G18331G19610G3800G10714、控制算法G2462G6203行、动力电机G20549动、G17728G2533G14345机控制等，最G13468实G10628一G3883能够自主识别路线，G5194G1000G2499以实时G17767G1998车G1319G10378G5589的智能车控制G17731硬G1226G13007G13491。各G2454赛队完成智能车工G12255制作G2462G16855G16809后，于指定G7097G7411与地G9869G2454加比赛。G2454赛队G1249之G2529次以赛车G10628场成功完成赛道比赛时间为主，技术G7053案G2462工G12255制作质G18339为G17753来决定。G1306与G5460届不同的是，今年的比赛G3698加电磁组，G2265G6336G1821电组、电磁组和摄像头组。同时，G1186第四届开G3999组委会在赛道上人为加G1849路G19766G5190G6212G1461G5699G708G21669G14406三G16294G7643G5547、G1955G17907G5114、G2325G4395G21669G7477、G12376道等G709，G19602G5242有G6164加大。在第五届比赛中，赛道G4497G5242G11013G2419来的60CMG2476为50CM，如G1321G8503G11842G2040G7041道路G10317G5461G1461G2507以G2462时G8503G11842控制智能车是在比赛中G14731G5483G3921成G13501的G2081G6564。本文G6164G17860的G1881G4493G2375是为本届G1821电组G708G9620G1821G709比赛G13792G1946备的技术G7053案。121比赛规则G2454赛G17885G6175G20047使用大赛组委会G13491一G6564G1391的竞赛车模，G18331用飞G5617卡尔16G1313单核G5506控制2G3132作为核心控制单G1815，自主G7512G5617控制G7053案G2462G13007G13491G16786计，G2265G6336传感G3132G1461G2507G18331G19610G3800G10714、控制算法G2462G6203行、动力电机G20549动、G17728G2533G14345机控制等，完成智能车工G12255制作G2462G16855G16809，于指定G7097G7411与地G9869G2454加各G2010赛G2318的场地比赛，在G14731G5483决赛资G7696后，G2454加全国决赛G2318的场地比赛。G2454赛队G1249之G2529次G708成G13501G709G11013赛车G10628场成功完成赛道比赛时间为主，技术G6265G2590、制作工G12255质G18339G16792G2010为G17753来决定。大赛G2010为电磁、G1821电与摄像头三个赛题组，在车模中使用G17891G19248成像进行道路G7828G8991G7053法G4658于摄像头赛题组，使用电磁感应G7828G8991赛道G4658于电磁组，除此之外G2029G4658于G1821电赛题组。竞赛G12204G1082G3800制定如G991比赛规G2029G17878用于各G2010赛G2318G20056赛以G2462全国G5647决赛。在实G19481G2499G6817作性G3534G11796上力求公G8503与公G5191G2454与。G12204G1082G3800将邀请G10432G12447公G16789人G11429G11575G10628场赛G1119G2462G16792G2040G17819G12255。比赛G17819G12255中，如G7536赛车G11908G2052赛道G1016G17805的G12447G7621G5194使之G1554G1510G6122移动，G16021G2040员将G2040为赛车G1926G1998G17317道。赛车G2081G1016次G1926G1998G17317道，G17885G6175G2499以G11015请G5686G3809比赛，G2375将G1926G1998G17317G2052赛车重新G6930G13634在G16021G2040指定的赛车G1926G1998G17317道的G1313G13634，G5686G3809比赛。G6984个G5686G3809比赛G17819G12255中计时不间G7041。G17885G6175G1075G2499以在赛车G1926G1998G17317道后G6930G5335比赛。1、比赛G17819G12255中如G7536G1998G10628有如G991一种G5785G1929，G2040为比赛G3845G17145G7261G16021G2040G9869G2529后，2G2010G19059之G1881，G2454赛队G8821有能够进G1849比赛场地G5194G1582G3921比赛G1946备G7272比赛开G3999后，赛车在30G12198之G1881G8821有G12175开G1998发G2318G7273赛车在G12175开G1998发G2318之后10G2010G19059之G1881G8821有G17317完G1016G3292G7274赛车G1926G1998G17317道的次G6980G17241G17819G1016次G7275比赛开G3999后G7422G13475G16021G2040G1813G16780，G17885G6175G6521G16314赛车G7276决赛G2081，赛车G8821有通G17819技术G7828G20576。如G7536比赛G3845G17145，G2029不计成G13501。2、比赛中G12117G8502G7261不G1813G16780在赛道G2620G3272G4445装G17753G2173照G7138G16786备G2462G1866G4439G17753G2173传感G3132等G7272G17885G6175进G1849赛场后，不G1813G16780进行G1231G1321硬G1226和G17731G1226的修改G7273比赛场地G1881，除了G16021G2040与1G2529队员之外，不G1813G16780G1231G1321G1866他人员进G1849场地G7274不G1813G16780G1866G4439影响赛车运动的行为G7275不G1813G16780车模G16786计G7053案抄袭，G2454赛队G1249的车模G16786计的硬G17731G1226G19668要相互之间有G7138G7186不同。3、G4557于智能竞赛车模1G12117G8502改动车底盘G13479G7512、G17730距、G17730G5464G2462G17730胎G7272G12117G8502G18331用G1866G4439型G2507的G20549动电机，G12117G8502改动G20549动电机的传动比G7273G12117G8502改造车模运动传动G13479G7512，G2265G6336滚珠轴承G7274G12117G8502改动G14345机，G1306G2499以更改G14345机G17767G1998轴上连G6521G1226G7275G12117G8502改动G20549动电机以G2462电池，车模G2081进动力必G20047来G9316于车模本身直G8981电机G2462电池G7276G12117G8502G3698加车模地G19766支撑装G13634。在车模静G8502、动G5589运行G17819G12255中，只G1813G16780车模G2419有四个车G17730G4557车模起G2052支撑作用G7277为了G4445装电路、传感G3132等，G1813G16780在底盘上打孔G6122G4445装G17753G2173支架等。4、电路G3132G1226G2462控制G20549动电路限制1车模控制电路G20047G18331用飞G5617卡尔半导G1319公司的8G1313、16G1313MCU作为唯一的G5506控制G3132。G4557于摄像头组16G1313MCU只能G18331用9S12XS12880脚QFP封装G708具G1319型G2507为G726MC9S12XS128MAA、S9S12XS128J1CAA/R、S9S12XS128J1VAA/RG6122S9S12XS128J1MAA/RG709，G1075G2499以G17885用16G1313DSCG61228G1313MCUG7088G1313MCUG2499以使用2片G709。G45573于G1821电组和电磁组16G1313MCU只能G18331用9S12XS128G708封装不限G709，G1075G2499以G17885用16G1313DSCG61228G1313MCUG7088G1313MCUG2499以使用2片G709。核心控制模块G2499以G18331用组委会推荐的9S12XS128模块，G1075G2499以G17885用飞G5617卡尔公司G5506控制G3132自制控制电路板。每台模型车的电路板中只G1813G16780使用一种型G2507G5506控制G3132。8G1313G5506控制G3132最多G2499以使用2片，16G1313G5506控制G3132限制使用1片G727不G5483同时使用8G1313和16G1313G5506控制G3132G7272除了上G17860规定的G5506控制G3132之外不G5483使用G17753G2173G3800G10714G3132以G2462G1866G4439G2499G13546G12255G3132G1226G7273伺服电机G6980G18339不G17241G178193个G7274传感G3132G6980G18339不G17241G1781916个G726G1821电传感G3132G6521受单G1815计为1个传感G3132，发射单G1815不计算G727CCD传感G3132计为1个传感G3132G727磁场传感G3132在同一G1313G13634G2499以有不同G7053G2533传感G3132，计为一个传感G3132G7275直G8981电G9316使用大赛指定的电池G7276G12117G8502使用DCDC升压电路直G6521为G20549动电机以G2462G14345机G6564G1391动力G7277全部电G4493G4493G18339和不G5483G17241G178192000G5506法G727电G4493最高充电电压不G5483G17241G1781925伏G7278不鼓励使用各类昂贵的G3132G1226和模型组G1226。5、G2499以G17885择G2454G6980G7261开发G17731G1226G2499以G17885择CODEWARRIOR，G1075G2499以另行G17885择G7272开发G16855G16809硬G1226G2499以G17885择BDMG708清华大学制作G709工具，G1075G2499以另行G17885择G7273电路G6164使用G1815G3132G1226G708传感G3132、各种G1461G2507G16855G10714芯片、G6521口芯片、功率G3132G1226等G709种类与G6980G18339都G2499以自行G16786计G17885择。6、赛道G3534本G2454G6980G708不G2265G6336拐弯G9869G6980目、G1313G13634以G2462G6984G1319布局G7091赛道路G19766用专用白G14406G3534板制作，在G20056赛阶段时，G17317道G6164占G19766积在5M7M左右，决赛阶段时G17317道G19766积G2499以G3698大G7272赛道G4497G5242不小于50CMG7273G17317道表G19766为白G14406，中心有连续G21669线作为引导线，G21669线G449725MM。铺G16786赛道地板颜G14406不作要求，G4439和赛道之间G2499以G1306不一定有颜G14406G5058别G7274赛道中心G21669G14406线G991铺G16786有直G54640103MM漆G2265线，G1866中通有20KHZ，100MA的交G2476电G8981。频率范G327220K2K，电G8981范G327250150MA。漆G2265线既G2499以购买全新的，G1075G2499以通G17819拆卸二G6175G2476压G3132线G3292等G14731G5483，后者价G7696便宜，质G18339G1075G2499以满足要求G7275G17317道最小曲率半G5464不小于50CMG7276G17317道G2499以交叉，交叉G16294为90G7277赛道直线部G2010G2499以有坡G5242在15之G1881的坡G19766道路，G2265G6336上坡与G991坡道路G7278赛道有一个长为1M的G1998发G2318，如G991G3282G6164示，计时起G3999G9869G1016G17805G2010别有一个长G524210CMG21669G14406计时起G3999线，赛车G2081端通G17819起G3999线作为比赛计时开G3999G6122者G13479束时刻。在G21669G14406计时起G3999线中间G4445装有永久磁铁，每一G17805各三只。磁铁G2454G6980G726直G54647515MM，高G524213MM，表G19766磁场强G524230005000GS5G727根据组委会G6564G1391的G4557G2052类型，我们自己拼G6521了赛道，如G328211G6164示。制作赛道时弯G2052完全G18331用50CM半G5464，依靠直道，30G5242，60G5242，90G5242，120G5242，180G