华中科技大学光电组技术报告

1、关于技术报告和研究使用的说明本人完全了解第五届大学生“飞思”杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究的规定，即：参赛著作权归参赛者本人，比赛和飞思半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛的设计方案、技术报告以及参赛模型车的集中。、图像资料，并将相关内容编纂收录在参赛队员签名： 带队教师签名： 日期： 目录第 1 章 引言11.1 概述11.2 全文安排2第 2 章 智能车总体设计32.1影响智能车设计的主要规则和限制32.2智能车性能指标要求52.3智能车系统框架图7第 3 章 电路设计93.1电路系统框图93.2电源部分103.3电机驱动部分123.4激光传感器133.5数字传感器13第 4

2、 章 机械设计144.1车体结构144.2前轮. 154.3车体重心174.4离地高度及底盘刚度调整184.5差速机构的调整184.6舵机的固定184.7传感器的固定194.8编码器的固定19第 5 章 软件设计205.1 程序整体框架20I5.2算法方案215.3上层策略235.4算法细节245.5巡线算法25第 6 章 调试平台27第 7 章 全文总结287.1智能车主要技术参数287.2不足与改进287.3致谢与总结29参考文献30附录 A源代码31II第 1 章 引言第1章 引言教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等

3、4 大竞赛的基础上，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的大学生智能汽2005201 号文）1。车竞赛（教为响应教育部的号召，本校积极组队参加第五届“飞思智能汽车竞赛。从 2010 年 1 月开始着手进行准备，历时近”杯大学生，经过设7计理念的不断进步，制作精度的不断提高，经历 3 代智能车硬件平台及相关算法的改进，最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。作为光电组的华中科技大学二队采用轻质量机械设计、大前瞻传感器和连续化算法处理的基本技术路线，在前瞻距离、噪声抑制、驱动优化、整车布局等方面加强研究创新， 在有限计算能力下获得了较高的赛道信息分辨率和准确率。使智能车能够满

4、足高速运行下的动力性和稳定性需求，获得了良好的综合性能和赛场表现。本文将对智能车的总体设计和各部分的详细设计进。1.1 概述1.1.1 电路设计采用激光传感器对赛道进行检测，利用集成H 桥进行电机驱动。删减电路冗余部分，以保证电路可靠性；适当增加基本保护电路以提高电路的抗干扰能力和稳定性。1.1.2 机械设计在保证激光传感器前瞻的情况下，降低重心。同时从整体上降低重心并减轻重量。舵机传动方式，以提高舵机的扭矩和响应时间。1第五届大学生智能汽车竞赛技术报告1.1.3程序设计由于传感器前瞻与往年相比提高了很多，在这个基础上我们设计出了合理的舵机、电机算法，在满足稳定性要求的基础上提高速度。1.1.

5、4 调试平台为了提高程序调试效率，采用无线调试模块。利用Excel 对数据进行处理，便于观察和分析。1.2 全文安排本文在第一本文在第二本文在第三本文在第四本文在第五本文在第六本文在第七简要智能车竞赛的情况。智能车的总体设计。 详细说明电路部分的设计。详细说明机械部分的改装。详细说明软件部分的实现。详细说明调试平台部分的设计。做全文总结。由于作者水平有限，报告中的错误和不足之处，希望各位读者指证，并提出建议和意见。批评和2第 2 章 智能车总体设计第2章 智能车总体设计2.1 影响智能车设计的主要规则和限制2.1.1 赛道方面1)智能车运行的跑道是底面由白色宽不小于 50cm 的 KT 板，跑

6、道中心有由黑色即时贴做成的 2.5cm 宽引导线。跑道类型包括直道和弯道，弯道引导线的最小曲率半径不小于 50cm2。赛道有一米长的出发区，计时起始点两边分别有一个长度 10 厘米黑色2)计时起始线，前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。图 2.1 赛道和发车区示意图2.1.2 电路方面1) 必须采用飞思半导体公司的 8 位、16 位处理器(单核，9S12X 系列等双核 MCU 不能使用)作为唯一的微器，推荐使用 9S12XS128，3第五届大学生智能汽车竞赛技术报告9S08AW60 微器。每台模型车的电路板中只使用一种型号微器限制使用 1 片；不得器。8 位微器最多可以使用 2 片，1

7、6 位微同时使用 8 位和 16 位微器；2) 除上述规定的微器之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件。3) 伺服电机数量不超过 3 个；4) 传感器数量不超过 16 个(红外传感器接受单元计为 1 个传感器，发射单元不计算，CCD 传感器记为 1 个传感器)；5) 直流电源使用大赛指定的电池；6)使用 DC-DC 升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力；7) 全部电容容量和不得超过 2000 微法；电容最高充电电压不得超过 25 伏。2.1.3 机械方面1)2)3)4)车模改装完毕后，不能超过：250mm 宽和 400mm 长；采用其它型号的驱动电机，改动驱动电机的传动比；改动舵机，但可以

8、更改舵机输出轴上连接件；改动驱动电机以及电池，车模前进动力必须来源于车模本身直流电机及电池。2.1.4 程序方面1) 每轮比赛中，选手首先将自动启动；放置在起跑区域内赛道上，静止两秒2) 辆在赛道上跑一圈，以计时起始线为计时点，跑完一圈后需要自动在起始线之后三米的赛道内，如果没有停止在规定的范围内，比赛成绩时间增加 1 秒；3) 在裁判员点名后，每队指定一名队员持60 秒的现场准备时；进入比赛场地。参赛选手有4)应该在 30 秒之内离开出发区，沿着赛道跑完一圈，由计时起始线两边传感器进行自动计时。4第 2 章 智能车总体设计2.2 智能车性能指标要求使用的车体机械部分是114 模型车，车模整体

9、为270 mm×170 mm ×70 mm，加上电池和电机等必备部分车模重量最小值在750g左右。图2.3 分别为使用车模正视、俯视、侧视的实物图：图 2.2 智能车模正视图根据车模和跑道情况，本文设计智能车均速为普通汽车的较高速度100km/h，加性能为 5s 内能够从 0到 100km/h 和从 100km/h到 0，由此可以推算出智能车的基本性能参数。智能车平均速度：Vh ´ 1 = 100 ´ 1V = 1.98(m / s)s3.6 n3.6 14注：式中 Vs -智能车模平均速度（： m/ s ）： km/ h ）Vh -普通汽车较均速度（5

10、第五届大学生智能汽车竞赛技术报告n -车模缩放比例智能车最小加（度：= Vs= 1.98 = 0.396(m / s 2 )amint5度（： m/ s 2 ）： s ）注：式中amin -智能车最小加（t -加（时间（由于做特殊的跑道需要很多场地，所以根据实际需求，本文设计让智能车的运行在 7m×10m 的场地内，所以根据跑道长度极限计算：a ´ b7 ´10l= 70(m)max2 ´ 0.52Rmin注：式中 lmax -跑道最大长度（： m ）， a, b -场地长宽（： m ）Rmin -弯道引导线最小曲率半径（： m ）所以在留有一定余量的情

11、况下，跑道长度不超过 70m。结合智能车速度的要求，限制智能车长宽为 400mm×250 mm。根据智能车的运行路程、速度、能指标要求，见表 2.1：度等计算可以推导出智能车的基本性表2.1智能车性能指标要求6速度和运行长度要求赛道长度<=70m目标速度>=2.2m/s设计均速直线速度3.0m/s设计峰值过弯速度1.8-2.0m./s设计要求值平均速度2.0-2.2m/s最大度3.0m/s2最大度3.0m/s2说明参数可以在-10%-+10%之间浮动结构要求和提供长<=400mm车长度为 270mm,应该充分利用长度宽<=250mm高不限要求为低重心第 2 章

12、 智能车总体设计2.3 智能车系统框架图智能车系统在大方向上主要分为四部分：电路部分、程序部分、机械结构部分、辅助部分。智能车系统结构框如图 2.6 所示：7重量0.9-1.2Kg务必把重量减到最小，极限不能超过 1.3Kg驱动方式单电机后轮驱动RS-380H 电机，自动差速器，比 9:38电源7.2V 镍镉电池2000mA·h第五届大学生智能汽车竞赛技术报告图 2.3 智能车系统框图8第 3 章 电路设计第3章 电路设计智能车的电路设计在整个智能车的设计过程中占有相当重要的分量，稳定合理的电路是智能车高速运动的必要条件。本文智能车硬件的设计遵循电路简单、功能强大、方便调试等原则，设

13、计了集成度很高的主感器以外的所有电路。电路板，整合了除传3.1 电路系统框图3.1.1 电源部分电源部分主要包括：电源开关保护指示、电源管理、主板和数字传感器板电源、模拟传感器板电源、舵机电源、电机驱动。电源部分功能结构如下：过流保护图 3.1 电源部分系统框图9电机电机驱动（尽量接近电源电压）舵机舵机电源6- 7V（可调）激光传感器板模拟传感器板电源1-5V（可调）数字传感器板主控板电源5V主板电源开关指示保护电源欠压电源管理第五届大学生智能汽车竞赛技术报告3.1.2 MCU 部分MCU 最小系统部分主要包括：MCU 复位、通讯、人机交互、与口，结构框图如下：器件接MCU最小系统电机驱动延时

14、保护与器件接口图 3.2 MCU 部分系统框图3.2 电源部分为了方便了解系统电源的工作情况，故需要加入电源监视电路即时提醒注意电池电压状况。而且电源管理部分体积、功耗都不能太大，不能影响电路的正常工作。10编码器电机系统资源扩展电机驱动H桥舵机重要信号引出电机驱动能力增强激光传感器板数字传感器板蜂鸣器MCU复位通讯部分拨码开关串口BDM调试人机交互部分LED显示第 3 章 电路设计3.2.1 电源开关保护指示模块由于智能车使用的直流电源，故一旦电池的正负极接反将造成很严重的后果，很有可能烧坏主板，故考虑在电源的最开始部分设计仿插反的结构和插反后的保护电路。一般来说，二极管拥有良好的单向导电性

15、，故可考虑用二极管作为反接保护器件。图 3.3 电源开关指示保护电路原理图3.2.2 主板和数字传感器板电源模块由于主板和数字传感器板两部分都需要 5V 直流稳压，为简便故两块板子共用一个稳压。根据分析可得：U=+5.0V+5%（4.75V-5.25V）, I 600mA。故LM2940-5V 可以作为合适的稳压选择。图 3.4 LM2940-5V 电路原理图311第五届大学生智能汽车竞赛技术报告3.2.3 舵机和模拟传感器板电源模块由于舵机和模拟传感器需要的电源电压都要求尽量能接近于电池所提供的电压，但是电压太高又会对电路稳定性带来一些影响，故需要选择稳压值可调的稳压根据需求，结合实际使用经

16、验，本文认为LM1117-ADJ 为比较合适的选型。图 3.5 LM1117-ADJ 电路原理图43.3 电机驱动部分根据在调车时获得经验，采用集成 H 桥力也可以得到保证。，能够提高稳定性，同时驱动能分离器件搭建的驱动桥受因数影响较大，元件过多，导致可靠性降低。不适合长时间使用，而且容易烧坏。集成H 桥驱动驱动能力因型号不同而有很大不同。在实际使用中集成 H的驱动能力是足够的，而且效果不错。同时信号也是 PWM 信号，便桥于程序处理。12第 3 章 电路设计3.4 激光传感器光电组的小车需要有足够的前瞻，才能够对赛道进行提前，从而便于加，提高速度。因此追求传感器又远又稳成为传感器的最基本也是

17、最重要的目标。参考往届比赛经验，今年使用激光传感器以适应大前瞻的趋势。采用大功率发射管能将前瞻提高，同时在接收管前增加透镜也能大大提高前瞻。最终能够使前瞻达到 68cm。（所谓“前瞻”，是指前轮中心与探测位置的距离）。3.5 数字传感器3.5.1 发射管发射强度调整部分由于每个发射管都有差异性，故为了达到每个传感器接受处理后的信号基本一致需要对红外发射管的发射强度进行调节，而且为了适应不同的需求，也需要对红外发射管的发射强度进行调节，由于数字传感器板上面的红外发射管是调制发射/接受，所以其能力特别强，而且是基本贴着地面，故其发射强度很小。为减小电路板体积，选择串联可调电阻的方式进行发射管发射强

18、度调节。3.5.2 接收管部分接收管使用集成度高，能力强的 S7136 作为红外接受管，其不仅有接受调制成红外线的功能，还能内部产生调制信号，而且还在内部进行滤波放大比较然后输出数字信号。3.5.3 信号指示部分串入上拉电阻后，增加 S7136 输出驱动能力，并且附加一指示二极管，这样在硬件上面便可以对每个传感器所在位置是黑色还是白色作出测试和调试。，可以方便13第五届大学生智能汽车竞赛技术报告图 3.6 S7136 电路原理图6第4章 机械设计4.1 车体结构智能车竞赛所使用的车模是一款带有差速器的四轮驱动模型，它由大赛统一提供。表 4.1 智能车模主要参数14基本参数尺寸轴距173mm前轮

19、距154mm后轮距149mm车轮直径65mm传动比18/76第 4 章 机械设计主委会要求智能车最终不得大于 400mm*250mm。4.2 前轮1) 主销后倾角主销向后倾斜，主销轴线与地面垂直线在销后倾角。纵向平面内的夹角称为主图4.1.1主销后倾角示意图图4.2.2主销后倾角主销后倾角在车轮偏转后形成一越大，车速愈高，车轮偏转后自动力矩，阻碍车轮偏转，主销后倾角力越强，但力矩过大，将会引起15第五届大学生智能汽车竞赛技术报告前正过猛，前轮摆振，并使转向沉重，通常后倾角为 13 度，但今年的车模的达到了 20 度，而且是固定的，我们觉得太大了，故把它改小了，大概为 10 度。可对于本模型车，

20、若欲使之转向灵活，主销后倾角可设定为 0 度，欲增大力矩，后倾角可设定为 10 度，当然也可以将其设为负值，这将减小力矩的作用，使转向更为灵活，但也会使方法还需要实车测试。2) 主销内倾角比原来稍慢，具体的选定主销在横向平面内倾斜，主销轴线与地面垂直线在的夹角称为主销内倾角。横向断面内图 4.3 主销内倾角示意图主销内倾角也有使轮胎自动的作用，当汽车转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾，则车轮连同整个汽车的前部将被抬起一定高度，在外力消失后，车轮就会在重力作用下力图恢复到原来的中间位置。但主销内倾角不宜过大，否则在转弯时轮胎将与赛道间产生较大的滑动，从而会增加轮胎与路面间的摩擦阻力，使转

21、向变得沉重，同时会3) 前轮外倾角轮胎的磨损。通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，称为前轮外倾角。前轮外倾角是前轮的上端向外倾斜的角度，如果前面两个呈现“V”字形则称正倾角，呈现“八”字则称负倾角。由于前轮外倾可以抵消由于车的重力使车轮倾斜的趋势，减少机件的磨损与负重，所以安装了配备的配件。16第 4 章 机械设计4) 前轮前束前轮前前轮前端倾斜的程度，当两轮的前端距离小后端距离大时为内八字，前端距离大后端距离小为外八字。由于前轮外倾使滚动时类似与圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。但由于拉杆的作用使车轮不可能向外滚开，车轮会出现变划的现象，从而增加了轮胎的磨损。前

22、轮外八字与前轮外倾搭配，一方面可以抵消前轮外倾的负作用，另一方面由于前进时车轮由于惯性自然的倾斜，外八字可以抵消其倾斜的趋势。外八字还可以使转向时靠近弯道内侧的轮胎比靠近弯道外侧的轮胎的转向程度更大，则使内轮胎比外轮胎的转弯半径小，有利与转向。4.3 车体重心1) 车体重心的测定确定车体以使用实验和软件两种方法，实验法就是用吊线来确定重心，软件法即用三维软件将车体完整的表示出来，通过给各个零件输入其密度等信息，由软件自动计算出车体的重心。2) 车体重心位置调整车体重心的位置对加性能、转向性能和稳定性都有较大的影响。重心调整主要包括重心高度和前后位置的调整。理论上，车体重心越低稳定性越好，重心低

23、有利于在高速转弯的贴地性，可以有效防止发生侧翻，因此在车体底盘高度、舵机安装、电路板的安装等上尽量使重心放低。车体重心前后方向的调整对的行驶性能也有很大的影响。本为后轮驱动，驱动力的大小直接跟轮胎与地面的附着力有关，而附着力与路面附着系数和驱动轴的轴荷有关，驱动轴的轴荷又取决于重心的水平位置，如果仅从这方面考虑，重心应靠近后轴。根据车辆运动学理论，车身重心前移，大部分重量压在前轮，转向负荷增大，会增加转向，对模型车的制动性能和稳定性有益，但降低转向的灵敏度，同时降低后轮的抓地力；重心后移，会减少转向，但增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加。但综合起来看，重心应靠近后轴一点。17第五届大学生智能汽

24、车竞赛技术报告4.4 离地高度及底盘刚度调整1) 底盘高度的调整车模底盘的高度主要由赛道中的坡决定，在顺利过坡的前提下底盘越低越好。2) 前后悬挂纵向减震刚度适当增大底盘的刚度有利于车体走直线的稳定性，可通过增加垫片来增大弹簧的预紧力，另外还可以通过调整弹簧的另一个支点的位置来改变预紧力，从而提高底盘的刚度。今年，我们发现底盘具有一些软性，所以我们直接把弹簧去掉了，然后用碳板将悬架固定住。4.5 差速机构的调整差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下损害到电机。当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4 个的转速(轮速)

25、皆不相同。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高。以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。今年的差速机构是固定的，即由前后和中间箱决定。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，有迟滞或者过转动情况发生。4.6 舵机的固定舵机有竖直和水平放置两种方案，竖直放置可以适当的降低重心，但安装较为麻烦，水平放置固定方式简单，但重心升高，故先采用竖直放置方式。18第 4 章机械设计图 4.6 舵机固定4.7 传感器的固定传感器应尽

26、量伸出车体以获得足够的前瞻量。4.8 编码器的固定光电编码器的安装精度较高，要求编码器轴与后轴同轴，通过齿轮与赛车差速器相联。本文用提供的电机上自带的齿轮进行改装，因为该齿轮19第五届大学生智能汽车竞赛技术报告不仅模数与差速器齿轮相同，而且反馈回来的是电机的实际转速。编码器直接固定于尾部。第5章 软件设计5.1 程序整体框架整个系统由飞思S12 系列 16 位单片机为主控 MCU，对激光传感器和数字传感器机和电机的信号进行和处理，并对输出的三路 PWM 分别，进行舵转向舵机，一路 PWM摆头舵机跟随黑线，一路 PWM来决定小车的前轮转角，另一路 PWM 通过硬件电路驱动来电机，决定小车的速度。

27、另外使用编码器速度值，用闭环稳定小车速度。激光传感器信号速度信息采集电机输出MCU 信号处理输出 PWM电机驱动数字传感器信号MCU 系统转向舵机摇头舵机图 5.1 程序整体框架图20第 5 章 软件设计5.2算法方案本文软件部分在方案上主要是状态转换机方案，策略使用有限状态转换机思想。各个模式对应小车和赛道的不同状况设定并做出相应略也在比赛中取得很好的效果。这种方案的主要优势是方便查错，易于修改，可读性好。，这种策21第五届大学生智能汽车竞赛技术报告5.2.1主函数流程图 5.2 主程序流程图5.2.2流程说明1) 首先要对系统各个模块功能的初始化，然后选择是测试模式，参数调整模式和正式比赛

28、模式。22第 5 章 软件设计2) 测试模式：即电路板焊接好了以后通过这个模块测试电路板性能，电路连接状态等，测试结束进入发车模式。3) 参数调整模式：即在要对策略中各数据如角度，速度等参数的调整，以及舵机中心值的调整，调整结束进入发车模式。4) 正式比赛模式就是比赛才使用的，直接进入发车状态。5) 发车状态就是等待发车信号，比赛是半自动发车，发车后才能进入系统方案。6)方案使用有限状态机识别模式，在各种不同的赛道，如：S 弯，窄道区以及不同的状态如进S 弯，出 S 弯等分配不同的模式。在各个模式中实现各自相应的策略。7) 检测保护模式，包括调试中的防撞车，距离时需让车及时的停车。，在遇到这些

29、情况8) 中断部分目前使用的是输出比较中断，一定时间定时产生一个中断，通过设置初值，把中断时间设定在 1ms。在中断中进行舵机电机 PWM 的输出，编码器速度采样以及串口数据的。5.3 上层策略上层的部分主要为有限状态机的转换，再加上舵机和电机的算法。23第五届大学生智能汽车竞赛技术报告图 5.3 状态转换流程图5.4算法细节主要考虑的是两点：状态的识别和激光传感器值的处理。24第 5 章 软件设计5.4.1 状态识别由于十字线，起跑线都有各自不同的标志指示，所以首先要正确识别这些标志。首先在普通弯道和直道上出现 3 个或 3 个以上的数字传感器检测到黑线，因而即一旦出现 3 个或 3 个以上

30、的黑色信号，则是进入了特殊标志路段。要区别起跑线和十字线，十字线是整块的 1 排黑线，起跑线是断续的黑线，但是小车进入这个区域时，不一定是刚好垂直通过这一排标志。从理论上分析知道，数字传感器板通过标志时，通过十字线，中心以外的数字传感器值都会改变两次，即黑白。而起跑线不同，中间有两个位的传感器值会一直不变，这样就可以从算法上直接识别，而不用到现场再通过拨码来选择总共过了几根十字线来是十字线还是起跑线。5.5 巡线算法5.5.1 传感器方案传感器使用上排 16 个激光发射管和 4 个接收管，下排 8 个数字传感器。5.5.2 黑线偏差计算由于今年的规则为，比赛地板颜色不作要求，因此赛道外的信息的

31、，因此首先要做滤波处理。即要确定黑线的有效位置，比如黑线一直在中间，突然出现最外边的一个传感器接收到黑，这时应该不做处理。得到了有效值后进行计算即可得到黑线与传感器中心的偏差距离。假设 16 个发射管正对的距离为-75，-65，-55，-45，-35，-25，-15，-5，5，15，25，35，45，55，65，75(mm)。假设有效中间 2 个，并且值分别为-15，-5，偏差距离为：-15+（-5）/2 即黑线中心在传感器中心左 10 毫米。5.5.3 舵机舵机即根据当前的黑线偏差和前一次的黑线偏差做PD 运算得到应该给的角度。智能车主要特色如下：1) 分段参数P25第五届大学生智能汽车竞赛

32、技术报告由于激光传感器得到的赛道信息不是一个点而是多个点，在弯道黑线会更密集，这样弯道参数会改变。2)全微分对于光电组很容易出现进弯和出弯晃动的问题，这样在时间上的损失是很大的，为了解决这个问题，本文在舵机的普通位置式 PD 中加入了有效的解决了这个问题。全微分项，5.5.4 电机电机本文使用了三套方案，现分别进行说明。1) 闭环 PIDPID是目前使用最广泛的的策略，PID 的优势在于对赛道摩擦力的适应性，赛道摩擦力即使改变很大，通常只要调整 P 参数就能取得很好的效果。PID 主要分为位置式 PID 和增量式 PID，对于快速行驶的小车，要求速度很快提升的情况下，使用增量式 PID 能取得

33、更好的效果，通过调试平台， 得到了两种方案的波形图，图形见下一章。另外速度的给定根据当前的角度给出。2) 模糊光电组目前比较热门的案模糊由于能根据赛道曲率和曲率变化情况给出合理的速度，因而在弯道上能有较快的速度。模糊也有两种情况，第一种是通过传感器得到的偏差进行模糊运算后得到一个速度，然后通过速度环去稳定这个速度。第二种是通过模糊运算得到电机电压，即PWM 百分比，直接电机，然后用编码器进行速度限制，例如直道上，速度小于 3 米/秒时，用PWM，大于 3 米/秒时直接对电机给 0 电压。很明显，第二种策略对赛道摩擦力要求很高，但是速度能达到最快。3) Bang_Bang本文另外尝试使用了Ban

34、g_Bang，例如在直道上，速度小于 4，PWM 为 100%，速度大于 4PWM 给 0。角度绝对值小于 10，用满 PWM；10 到 20 时，用 80%PWM；由于使用状态机方案，分为直道模式和弯道模式两种，直道一个限速，弯道另一个限速即可。入弯时则要另外给速度，即当角度变化大于一定值时 PWM 给 0。26第 6 章 调试平台第6章 调试平台基于的小车调试平台：S12 单片机在运行的过程中通过 SCI数据，上位机使用串口控件接收数据，即可对小车实时。无线模块使用无线ZigBee，波特率可调至 57600，传输速率上完全达到要求。另外强大的数据处理功能，可以轻松进行大量的数据分析，整理，

35、并且能将接收的数据连成曲线，极大的方便了小车的调试。例如增量式 PID 和位置式 PID位置式 PID 速度曲线：性能比较（空载）图6.1 位置式 PID 速度曲线增量式 PID 速度曲线：图6.2 增量式 PID 速度曲线27第五届大学生智能汽车竞赛技术报告第7章 全文总结7.1智能车主要技术参数表 7.1智能车主要技术参数7.2不足与改进1) 机械改装和支架设计中，其强度和稳定性需要更加注意，以免造成支架容易撞断和运行不稳定的情况；2) 硬件设计的兼容性和易扩展性考虑，在电路设计的过程中，端口分配是一个很重要的步骤，设计时需要预留一些可能用到的方便扩展；，以备后面增加是3) 在程序设计和调

36、试的过程中，不能太模糊化，需要进行实际的建模和；对智能车的运行一定要进行定量的分析和计算，对智能车运行中出现的各种情况都能做到理解解决，站在理论支持的角度进行分析和调试。4) 在备赛过程中，对于学校内部应加强不同组别和不同传感器方案队间的交流，同时应加强与其他兄弟院校的交流，使智能车往更好的方向上发展。28项目参数路径检测方法（赛题组）激光传感器车模几何（长、宽、高）（毫米）*车模轴距/轮距（毫米）/前轮距 /后轮距车模平均电流（匀速行驶）(毫安)3500电路电容总量（微法）1250传感器种类及个数13新增加伺服电机个数1赛道信息检测空间精度（毫米）15赛道信息检测频率（次/秒）100主要集成

37、电路种类/数量电机驱动/2，发射管驱动/1车模重量（带有电池）（千克）1.15第 7 章 全文总结7.3 致谢与总结经过半年多的设计、制作和调试，在队员们的分工和配合下，最终顺利完成了智能车电路、机械、程序等方面的工作。在这个过程中，大家学到了很多， 积累了很多，能够一步一步走下来，靠的是整个团队的协作和团结。总体而言，大家学到了很多，提高了很多，这将对以后的学习和工作都会起到很多有意义的作用。作为一个融合多学科交叉的的复杂系统，完成整智能车的设计、制作和调试是一个非常庞大的工程，仅靠几名队员是很难完成的，它需要一个高效、规范管理的团队的紧密合作才能完成。本文所论述的内容不仅仅是作者个人工作的

38、结晶，同时也蕴含了他人的劳动、汗水和智慧。在本文即将结束之际，特向整个智能车团队的成员以及其他提供过帮助、建议和意见的人们表示衷心的感谢。感谢指导的指导、支持和帮助。没有他的指导和帮助，整个智能车队就很难高效稳定运行下去，设计的方向也很难把握得这么准确。感谢华技大学启明学院和科学与工程系在调试场地，物资上的支持和帮助，正是有了学校的大力支持，才使我们能专心做事，仔细研究。还要感谢教育部，自动化分教指委给大家提供的这个锻炼团队合作和创新能力的竞赛平台，以及和本届竞赛中给大家提供赛场的湖南大学、杭州电子科技大学科技大学以及其他赛区承办学校，感谢各个院校为大家提供优良的竞赛环境，使大家能够在竞赛中发

39、挥出高水平。29第五届大学生智能汽车竞赛技术报告参考文献1等.学做智能车. 北京：北京航空航天，2007年 3 月第 1 版2第五届大学生“飞思”杯智能汽车竞赛处，竞速比赛规则与赛场纪律，2009/123National Semiconductor，LM2940 Datasheet，1999/064National Semiconductor，LM1117 Datasheet，2004/065.粗糙表面可见光散射特性的实验研究. 中国测试，2009，02期6HAMAMATSU，Light modulation photo IC S7136，2007/077.单片机2004 年 10 月第 1

40、版.应用的开发方法. 北京：，8.UCOS-II年 10 月第 1 版实时操作系统. 北京：，20029MC9S12XS128 Device User Guide ,Version 1.2, Motorola,2007300参考文献附录 A源代码因篇幅限制，只附上舵机和电机部分源代码int GetSteeringAngle(int offset)int temp = 0;int i = 0;int count = 0;int sensor = 0x00;int angle = 0;staticint anglePre = 0;int offsetErrForPDArithmetic = 0;/

41、用作pd 算法的偏差变量int offsetADMulit = 0;if(offset = RIGTH_DISTANCE) /偏差右边最大,给右边最大角度return STEERING_RIGTH;else if(offset = LEFT_DISTANCE)/偏差左边最大,给左边最大角度return STEERING_LEFT;else if(offset = -300)31第五届大学生智能汽车竞赛技术报告sensor = gl_sensor;for(i = 0;i < ADSENSOR_NUM;i+)可以保证有大的跳动/对有效传感器进行,基本if(sensor & 0x01)

42、offsetADMulit += dirADSensorDistancei; /累加几个检测到黑线的管子的偏差用于做平均count+;sensor >>= 1;offsetErrForPDArithmetic =offsetADMulit / count;else/在正常的引导线上时的偏差offsetErrForPDArithmetic = offset + OFFSET_ADD;加了一个机械上的补偿/这里的偏差angle = AnglePD(offsetErrForPDArithmetic);/根据偏差采用pd 算法求角度320参考文献if(angle - anglePre) &

43、gt; 50) | (angle - anglePre) < -50)angle = anglePre;if(angle >=0)gl_sensorPre = 0x00f;elsegl_sensorPre = 0x1e0;anglePre = angle;return angle;/返回计算得出的角度int BinaryFilter(int sensor)int nowReturn = 0;/本次的返回值变量static int lastReturn = 0;/上一次的返回值static int sensorPre = 0x038;int mask = 0; /the filter

44、 to remove the disturb sensor中间变量33第五届大学生智能汽车竞赛技术报告int sensorMask = 0x000;/the sensor state after filtersensorPre = gl_sensorPre;if(gl_blackCount = 0)gl_narrowMode = 0;if(sensorPre & 0x003) != 0) && (sensorPre & 0x180) = 0)sensorPre = 0x001;nowReturn = -100;else if(sensorPre & 0x

45、003) = 0)&&(sensorPre&0x180)!=0)sensorPre = 0x100;nowReturn = -200;elseif(gl_mustBeNarrow%2) = 1)if(gl_angle >0)nowReturn = -100;340参考文献else if(gl_angle < 0)nowReturn = -200;elsenowReturn = lastReturn;elsenowReturn = lastReturn;else if(gl_blackCount > 0) && (gl_blackCoun

46、t <= 3)if(gl_blackCount = 3) && (gl_narrowMode>2)gl_narrowMode = 0;sensorPre = gl_sensorResource;nowReturn = sensorPre;35第五届大学生智能汽车竞赛技术报告elsegl_narrowMode = 0;mask = (sensorPre << 1) | sensorPre | (sensorPre >> 1);sensorMask =sensor & mask;if(sensorMask != 0)sensorPre =

47、 sensorMask;nowReturn = sensorPre;/*yi xia gang jia*/if(lastReturn = -200)&&(sensor&0x00f)!=0)sensorPre = 0x180;nowReturn = -200;else if(lastReturn = -100)&&(sensor&0x1e0)!=0)sensorPre = 0x003;nowReturn = -100;/*/360 参考文献elseif(lastReturn = -100) | (lastReturn = -200)gl_outNa

48、rrow = 0;nowReturn = lastReturn;else if(sensorPre & 0x183) = 0) && (sensor & 0x183) != 0)gl_outNarrow = 1;sensorPre = sensor;nowReturn = sensor;/*yi xia gang jia*/else if(lastReturn&0x1e0)!=0)&&(lastReturn&0x00f)=0)&&(sensor&0x1e0)=0)&&(sensor&

49、0x00f)!=0)sensorPre = 0x100;nowReturn = -200;elseif(lastReturn&0x1e0)=0)&&(lastReturn&0x00f)!=0)&&(sensor&0x1e0)!=0)&&37第五届大学生智能汽车竞赛技术报告(sensor&0x00f)=0)sensorPre = 0x001;nowReturn = -100;/*/elsegl_outNarrow = 0;nowReturn = lastReturn;else/gl_blackCount > 3

50、if(lastReturn = -100) | (lastReturn = -200)nowReturn = lastReturn;elseif(lastReturn = 256) | (lastReturn = 1)380参考文献nowReturn = lastReturn;elsegl_narrowMode+;mask = (sensorPre << 1) | sensorPre | (sensorPre >> 1);sensorMask =sensor & mask;if(sensorMask != 0)sensorPre = sensorMask;nowReturn = sensorPre;elsesensorPre = (sensorPre << 1) | sensorPre | (sensorPre >> 1);nowReturn = lastReturn;39第五届大学生智能汽车竞赛技术报告gl_sensorPre= sensorPre;lastReturn = nowReturn;retur