河海大学常州校区电磁队技术报告

1、关于技术报告和研究使用的说明本人完全了解第八届“飞思”杯大学生智能汽车邀请赛关保留、著作权归参赛者本人，比赛组使用技术报告和研究的规定，即：参赛委会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、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会集中。参赛队员签名：孙志金、带队教师签名：黄国铭金日期：2013-8-3摘要了河海大学常州校区电磁组 EC 电磁队的队员在准备第八届“飞思本文”杯大学生智能汽车竞赛过的工作成果。智能车的硬件平台是采用 带MC 9S12XS128 处理器的 S12 环境，软件平台为 C odeWarrior IDE 5. 0 开发 环境 ，车模采

2、用大赛统一提供的 1 ： 10 的车模。本智能车依据交流信号能够产生磁场（电磁感应）的原理，采用 LC 谐振回路感应电磁信号寻迹方案，同时配合编码器、电机、舵机、电池以及相关 驱动电路来进行信息的处理，以达到路径识别的目的，并通过 PID 方式对电机和舵机进行相关调节，最终以闭合回路的形式行驶。模型车高速稳定地在跑道上在文中详细了 EC电磁队的设计方案，其中包括机械结构的安装与调整、 硬件电路的设计与制作、信号采样策略、舵机的转向、速度的闭环， 以及与此次竞赛相关的各类调试方法的思路和用到的相关调试工具。：电磁感应PID路径识别闭环目录引言1第一章1.1 比赛背景. . 11.2 技术报告结构

3、2第二章 智能汽车系统总体设计42.1 总体设计思路52.2 系统硬件结构52.3 系统软件结构6第三章 智能汽车机械系统调整与改造83.1 模型车车体安装及调整103.1.13.1.23.1.3前轮的调整.111213重心的调整 .后轮差速的调整 .3.1.4 齿轮传构的调整153.2 舵机的安装183.3 电路板的安装193.4 测速传感器的安装20第四章 智能汽车硬件电路设计214.14.24.34.4电源模块22传感器模块23单片机模块25驱动模块27第五章 智能汽车算法与软件设计285.1系统初始化29AD 初始化30PW M 模块初始化30速度传感器的初始化. .315.1.5 串

4、口初始化315.1.6锁设置. 325.25.3磁场信号的提取与处理32PID算法及智能车中的应用335.3.1 PID5.3.2 转向5.3.3 速度算法简介33的 PD 调节34策略345.4起跑线检测34第六章 智能汽车系统的系统调试35软件开发平台 Cod ewarrior IDE35Code warr ior IDE 功能.35Code warr ior IDE 基本使用方法356.2 上位机的设计与实现366.2.1 数据的实时显示366.2.2 数据的分组处理37第七章 总结387.1 在调试过遇到的问题及解决方案387.2 体会38参考文献39第一章 引言1.1 比赛背景“飞思

5、”杯大学生智能车设计大赛在国内已是第八次举办，其是由飞思半导体公司资助举办的以飞思单片机为的大学生课外科技竞、电气、计算赛。其专业知识涉及到了、模式识别、传感技术、机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，对高等学校及学科学术水平的提高，具有良好的长期的推动作用。对国内大学生综合素质的提高，团队精神意识的培养都具有的意义。开展智能车技术的研究，对汽车工程的发展、交通安全的保障，以及公路交通的有效的与管理都具有十分重要的意义。如果在遇到时及时使汽车或刹车，则能够有效地避免交通事故的发生。此外，由于智能车辆带有路况信息系统，可以由交通中心实时提供前方的路况信息，就可以提前路径，有效

6、的城市交通拥挤的状况。此外，智能车在航天和军事方面都有很大的发展潜力。由于火隔地球很远，远距离无线的科研任务，就必须有实时性驾驶不好，为了使火星车在有限的内完成能力。在军事上，未来战场环境多变，无人驾驶汽车能够完成诸如后勤补给等任务，还可以改装为无人战车，减少很大的现实意义和广阔的应用前景。在本次比赛中，参赛者要在伤亡。显然，智能车的研究开发有着提供的模型车体及主控微器基础上设计制作具有道路识别能力的智能汽车。模、单片机 HC S12 开发板、开发软件 C odeWarrior 和提供统一智能车竞调试工具等；参赛队车模平台基础上，制作一个能够识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶

7、。根据单圈最短时间进行评奖。本技术报告就是我们队为参加此次比赛而撰写的智能车设计方案， 本方案详细了我们车子的机械结构安装与调整方法、硬件电路设计与制作方法、软件系统的设计方法以及整个系统的开发工具及调试1.2 技术报告结构等。1第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告本文以第七届大学生智能汽车竞赛为背景，为了保证智能汽车能够具有迅捷的速度、远而清晰的前瞻以及较高的灵敏度与稳定性，从软硬件方面对系统进行了优化。本文结构安排如下：第一章，引言。第二章，智能汽车系统总体设计。第三章，智能汽车机械系统调整与改造。第四章，智能汽车硬件电路设计。第五章，智能汽车系统算法与软件设计。第六章，智能汽车系统的系统调

8、试。第七章，总结。2第二章 智能汽车系统总体设计2.1 总体设计思路本比赛过程是速度与稳定性权衡的过程，在保证冲不出跑道的情况下追求速度最快，用时最短。因此，获取有效、可靠的赛道信息以及实施合理的策略是保证比赛取得好成绩的先决条件。本届比赛电磁组，就是将原来以黑线为引导线改为以一根通有 100mA 左右、20K 的交流信号线为引导线，这样就需要寻找不同的传感来感测信 号。依据电磁感应的原理我们用 LC 谐振回路为传感器来信号，这样到 的信号是 20K 的交流信号，但是信号强度很小，最后用对到的信号进 行放大，最终将此信号送给单片机进行处理。电磁感应传感器与光电和 摄像头组的传感器相比较，消耗的

9、功率小了，但是其前瞻受到了明显的限制。在策略方面，主要包括转向和速度。对于舵机的转向，我 们采取经典的位置式 PD算法，通过传感器检测到的直道或弯道信号给不同 的PD 参数，以达到不同的效果。对于电机的速度入反转制动刹车电路，使得小车在直道可以尽快过弯的速度，使得小车可以快速行驶。策略，采用 PID 调节的同并能保证在过弯速减到对于机械结构方面，根据比赛情况的需要，对小车的机械结构进行合理安装和调整，比如说重心的前后高低、两只前轮的倾角、编码器的安装、舵机 的安装、悬挂的松紧，主板的放置等，以保证小车稳定、快速的行驶。各个方面的之间的如下图所示：3电机电机驱动编码器测速反馈MC9S12XS12

10、8内部AD舵机电磁传感器车模位置变化第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 2.1 智能车总体结构图2.2 系统硬件结构此智能车采用谐振回路来跟踪前方的赛道，通过谐振回路将检测到了信号进行放大， 送给外部 A/D 进行数据的处理，最后送给 MC 9S12XS128 进行相应的运算，然后将计算得到的数据送给舵机和电机，对其进行相应的。其中所用的硬件结构包括：电源模块、MC 9S12XS128 系统、传感器模块、电机驱动模块、无线模块。1 电源模块是将电池电压通过稳压进行处理后，提供稳定的电压输出，供给各个系统各模块，为其提供可靠供电。2MC 9S12XS128 系统是整个硬件的部分， 主要是给 M

11、C 9S12XS128 单片机提供可工作的最，使其正常的工作。3传感器模块包括前面的电磁感应模块、速度传感器模块以及起跑线检测模块。电磁感应模块的作用是检测前方的信号，并将信号进行简单的处理后送给单片机，单片机随后根据送来的信号进行运算，将运算结果送给电机对其，4第二章 智能汽车系统总体设计再由速度传感器编码器对实际值进行检测，将反馈信号送给单片机，最终形成闭环系统。4 电机驱动模块是根据器输出的 PWM 信号进行直流电机的转速。5 无线模块是将传感器数据实时数，从而提高调试效率。2.3 系统软件结构到上位机，便于上位机的数据分析，参系统硬件是整个系统的基础，系统软件结构则根据硬件和需求来制定

12、。系统的基本软件流程为：首先，对各功能模块和参数进行初始化。然后，通过电磁传感器到的数据获取前方赛道的情况，同时通过速度传感器模块获取速度的速度。采用PD 对舵机进行反馈。另外根据检测到的速度，结合策略，对速度不断进行适当调整，使在符合比赛规则的前提下，沿赛道快速行驶。图 2.2 系统的软件结构5第三章 智能汽车机械系统调整与改造在对智能车几来的研究，我们发现在规则范围内，适当优化机械结构可以带来事半功倍的效果。其中包括很多方面，比如前轮倾角的选择、舵机的安装、悬挂的松紧、重心的高低3.1 模型车车体安装及调整。该车模是本届比赛的168cm。A，与往届比赛的车模一样，长宽高为27图 3.1 智

13、能车车模根据长期的调试，我们发现对于前轮倾角、悬挂、后轮的差速做调整会使车行驶时有更好的效果。前轮的调整6第三章 智能汽车机械系统调整与改造对于汽车的行驶向前和转弯，所以如果对车轮有一个合适的四个轮胎与地之间的摩擦力所驱使的，则可以使汽车直线行驶时更加稳定、转向更加轻便，并且可以减少轮胎和转向系零件的磨损等。根据汽车理论，对前轮的调整主要包括主销后倾，主销内倾，前轮外倾，前轮前1个方面。主销后倾图 3.2 主销后倾图主销后倾角指主稍轴线与地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。 有主销后倾角时汽车的车轮在车轮偏转后，车轮和地面的作用会使车轮产生一回正力矩，纠正车轮的偏转。2主销内倾7第八届大学生智能

14、汽车邀请赛技术报告图 3.3 主销内倾图主销内倾角指主稍轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。当转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾的作用，车轮有自动回正的作用，同时转向时，路面作用在转向轮上的阻力矩也将变小，时转向轻便。3前轮前束图 3.4 前轮前前轮前束就是使两前轮的中心面不平行，让其前端距离小于后端距离。由于模型车在长时间的调试过，其前轮便会变得很松，轴也会松动，适当的前小车的过弯性能有一定的帮助。重心的调整8第三章 智能汽车机械系统调整与改造对于车的重心来说，重心越低，后轮的抓地力也就越好，前轮也会转越敏感。因此，我们在尽量减少重量的同时将电路板做得非常小，刚好能放在舵机和电池

15、架中间的底板上，这样，不但可以压低模型车的重心，防止高速过弯时翻车， 也可以使纵向重心前移，增加转弯性能。在装旋转编码器时也把其装的很低，以降低的重心，提高行驶的稳定性。除了对车的重心进行纵向调整之外，对车辆重心进行前后方向调整，对行驶性能也有很大的影响。从车辆运动学理论来看，车身重心前移，会增加转向，但会是舵机的负载加大，大部分的重量压在前轮，从而降低转向的灵敏度， 同时降低后轮的抓地力；如果重心后移，就会减少转向，但增大转向灵敏度，后轮的抓地力也会增加。因此，调整合适的车身重心，让车模更加适应比赛赛道是非常关键的。为了保证足够的转向和防止在高速入弯时出现甩尾现象，我们让重心大概在的中心，在

16、过弯时，使其前后轮的侧向摩擦力大体相当，从而提高过弯性能和稳定性。3.1.3 后轮差速的调整在拐弯时由于弯道内侧轮比外侧轮的拐弯半径小，则内侧轮比外侧轮的速度小，这就使两轮胎有一定的速度差，称为差速。而轴上的，所以只可以调整后轮的差速。的差速机构安装在后轮差速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，其特性是：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。如果差速过紧，即两轮胎的速度很接近时，

17、转弯的时候内侧轮很容易打滑，从而产生侧滑，使滑出赛道。当差速过，会使直道的时候两轮打滑，大大的减小了的驱动能力。所以差速调整要适当，才会使直道驱动能力强，弯道转弯灵巧。3.1.4 齿轮传构的调整齿轮传构的调整就是调整电机输出轴的齿轮与后轮轴上齿轮之间的耦合程度。当耦合比较由于两齿轮之间较大的缝隙，齿轮转动时会产生很大的两齿轮之间的碰撞声音，这样会大大增加齿轮的磨损。当耦合的比较紧时齿轮之间的摩擦力变大，这样就会使电机分出一部分驱动力克服齿轮之间的9第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告摩擦力做功，电机的负载无形中就增强，从而减小了电机对后轮的驱动能力。通过长时间的调试，我们发现通过声音辨别的方法来

18、调整齿轮的耦合程度是很有效的方法。当齿轮耦合较松或两齿轮之间不平行时很响，也就是齿轮之间撞击是基本上没有撞击很大，当齿轮耦合比较紧时声音很沉闷并且迟滞，最佳状态，声音清脆并且没有迟滞现象。3.2 舵机的安装根据车模说明书组装完成后，不难发现舵机的左右输出轴长不相等，在舵机转过一定的角度时，左右轮转的角度必将不同。这样，在小车行驶过左转和右转将不一样，从而增加了软件的复杂性。所以舵机竖直立起来装在车模的两前轮的正中间，使左右输出力臂一样长，使其左右转向一样。图 3.5 舵机安装图3.3 电路板的安装电路板是模型车上的部分，在安装时，考虑到电路板的稳定性和模型车的问题，我们把电路板做的比较小且成梭

19、形，安装在舵机和电池支架中间的底板上。10第三章智能汽车机械系统调整与改造图 3.6 主板安装图3.4 测速传感器的安装为了不影响性能，编码器的传动齿轮选择相对较小，齿轮之间呈水平状态。这样安装齿轮咬合很好，即避免由于齿轮咬合太紧以致加重负载，同时也避免了因过松而出现的在转动中齿轮撞击的现象，并减少电机的摩擦损耗和噪音。安装完成后，要保证两传动齿轮与测速齿轮啮合良好，流转顺畅，齿轮啮合是否调整好的一个依据是：听一下电机带动后轮空转时，声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者齿轮轴向不平行，电机负载加大。调整好的齿轮传动噪音小，

20、并且有碰撞类的杂音。11第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 3.7光电编码盘安装图12第四章 智能汽车硬件电路设计电磁组智能车的硬件系统主要有以下几个模块组成：传感器模块、单片机模块、电源模块和驱动模块，以及调试时使用的无线收发模块。为了减小重量， 单片机模块、电源模块、驱动模块和无线收发模块都做在一块板子上，并将主板放在舵机和电池的中间。下面将各个模块详细4.1 电源模块。电源模块为整个系统提供电力供应，其工作的稳定性直接关系着小车其他电路模块的正常工作，重要性不言而喻。在设计电源模块时，首先应综合考虑各模块电路对电源功率的需求，然后根 据需求选择相应的稳压。在该小车的电源模块设，在考虑各

21、模块 对电源的功率需求之后，我们选择一片 TL1963A 为舵机供电，一片 LM2940 为单片机及编码器供电，同时，由于是第一次设置电磁组参赛类别，考虑到传 感器数量的可扩充性，我们选择一片电。具体原理 图如下。LM2940为传感器模块供电， 一片l m11173. 3为液晶供13第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告2舵机电源图 4.1 原理图14G N D3G N D642425 VdU53.3V32液晶电源I NO U T 14G N DO U T REG1117G N D 7.2VU 3V C C 舵- 机 6 V 24I NO U T DR311SHDNDC31DC321 0 k 1

22、0 u F DC335DC34A D J 1 0 u F DR322.5kTL1963G N D 7.2VU 25 V - 传 感 器13I NO U T G N D 2 2 0 u F 0.1UF0.1UF2 2 0 u F LM2940贴 片C21C23C22C24传感器供电7.2VU 15 V 13I NO U T 单片机电源G N DC14C131 0 41 0 4 C11C12LM2940贴 片G N D 坦 电 容 （ 100uF,16V）17.2V31电源电机接口S 11 0 4 2T 1MOTORCM1CM2G N D 214.2 传感器模块电磁组的赛道信息是由 20k Hz

23、、100mA 的交流电源流经导线产生的交变磁场， 如何将磁场信息检测出来是传感器设计的第一步。人类对磁场的研究有的极其漫长的历史，物质与磁场之间也有着许多不同的物理效应：磁电效应（电磁感应、效应、磁致电阻效应）、磁机械效应、磁光效应、核磁共振、超导体与电子自旋量子力学效应。根据不同的物理效应，15第四章 智能汽车硬件电路设计可以设计出不同磁场精度和范围的传感器。我们需要选择适合车模竞赛的路径检测方法，必须综合考虑传感器的磁场检测精度、格、功耗以及实现的难易程度等。大小、频率响应、价在具体的设，我们选择了最传统的电磁感应线圈方案，这种方案的原理简单，电路较易实现，并且设计出来的传感器体积小、价格

24、便宜、功耗低，可以满足小车竞赛循迹的要求。比赛选择 20k Hz 的交变磁场作为路径的导航信号，在频谱上可以有效避开周围其他磁场的干扰。可以利用 LC 并联电路来实现选频电路， 对感应信号进行有 效的放大。市场上比较方便的是10mH 的电感，根据 LC 并联谐振公式：可以计算出选频所需的电容，市场上与该最为接近的是6. 8nf ，因此，在实际的电路中，我们选择 10mH的电感与6.8nf的电容并联来实现信号的选频。选频之后，需要对信号进行有效的放大。在竞赛处提供的电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案中，提到了用三极管对选频之后的信号进行放大，而我们在设计的过选择了用放大，基于以下几点理由：在 用

25、级的电子领域，已经发展到了一个比较成阶段，普通的民在性能上已经能满足大部分的设计需求。较三极管而言，工作更加稳定，工作状态不易受外界环境的影响。只需搭配简单的电路就能使用，而三极管需配置合适的静态工作点才能正常工作，并且静态工作点容易受到外界因素的影响，使得各传感器的放大倍数难以知道的差异。因此，在查阅了一些的参数之后，我们选择了LM386对选频信号行放大，从示波器中， 我们看出放大之后的信号较为可观。16第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 4.2模块原理图4.3 单片机模块以 MC 9S12XS128 为的单片机系统的硬件电路设计主要包括以下几个部分：电路、复位电路、串口电路。各个部分的功

26、能如下：电路给单片机提供一个外接的16MHz的无源晶振。复位电路在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。串口电路使 S12 与 PC 机之间建立连接。采用的是标 准的 MC 9S12 系列单片 机的电路， 通过把一 个16MHz 的外部晶振接在单片机的外部晶振输入接口 E XTA L 和 XTA L 上，然后利用 MC 9S12XS128 内部的压控振荡器和锁（P LL）把这个频率提高， 作为单片机工作的内部总线。原理图如下：17第四章智能汽车硬件电路设计图 4.3 外部晶振图直接采用一个 0.1uF 的电容提供低电平复位信号，手动复位按钮在系统调试时的作用很大。原理图如下：图 4.4 复位电

27、路原理图串口电路使 S12 单片机与 PC 机之间能够通信，在调试的过极大的作用。发挥着18第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告S12最原理图如下：图 4.5S12 最原理图19第四章 智能汽车硬件电路设计4.4 驱动模块驱动电路采用两片半桥元件转。原理图如下：BTS7970B搭成电路，可以电机的正反图 4.6电机驱动模块原理图20第五章 智能汽车算法与软件设计在智能车的整个系统中，硬件是基础，没有一个好的硬件平台，软件也就无法实现。而软件对于整个智能车来说相当于，只有有了软件，智能车才能真正的达到智能的标准。对于软件来说，首先是要对智能车的各个寄存器进行初始化，然后在这个基础上添加一些函数和

28、单片机 的算法。本届电磁组智能车所用的制算法进行详细的5.1 系统初始化是 MC9S12 XS128 ，下面就对单片机的初始化话和各个 控。由于我们的信号是正弦信号及模拟信号，而且用到外部 AD，因此初始化主要包括：AD 初始化、PWM 初始化、SPI 初始化、串口初始化、速度传感器初始化、锁设置以及端口初始化。AD 初始化20第五章 智能汽车算法与软件设计其初始化过程为：void InitAD(void)ATD0CTL2 = 0XC0;/ 1100 0000启动A/D， 快速清除标志位无等待模式， 外部触发（bit2=0），中断（bit1=0）ATD0CTL3 = 0X40;/ 0 010

29、00 00 左对齐 转换序列为 8 、 FIFO模式启动，冻结模式下继续转换ATD0CTL4 = 0X01;/ 1 11 00001 8位精度， 16AD采样时间/ 总线（1+1）*2 = 4 分频，AD= 1MHzATD0CTL5 = 0X30;/多通道，连续 AD0,珹D1,AD2,AD3ATD0DIEN = 0X00;/ 数字输入 disabledPW M 初始化PWM 调制波有 8 个输出通道，每个输出通道都可以的输出，每个通道都有一个精确的计数器来计算脉冲的个数，还有两个可供选择的源。其初始化的一般步骤是：PWM、选择、选择极性、选择对其模式、对占空比和周期进行编程、使能PWM 通道

30、。21图 5.2 S12 中 PW M 通路中需要PW M 通道来分别舵机和电机的转向和转动。 舵机，这样可以是舵机的精度的 PW M 是将 0 和 1 路的 PW M 合并后进行从 1/255 提高到 1/65535 其初始设置如下：22第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告void PWM_Init(void)PWME_PWME3=0x00; / Disable PWMPWMPRCLK=0x00;/ 0011 0011 A=B=48M预分频寄存器设置设置设置源的选择极性设置PWMSCLA=1;PWMSCLB=1;/ SA=A/2/150=10k/ SB=B/2/15 =100kPWMCLK_P

31、CLK3=0; / PWM3SBPWMPOL_PPOL3=1; / Duty=High TimePWMCAE_CAE3=0;PWMCTL=0x00;PWMPER3=192;/ Left-aligned对齐方式设置寄存器设置/ no concatenation/ Frequency=SB/100=1K周期寄存器设置PWMDTY3=96;PWME_PWME3=1;/ Duty cycle = 50%/ Enable PWM占空比寄存器设置使能5.1.3 速度传感器的初始化对每个周期内速度传感器产生的脉冲数进行累加，就可以测得这个周期内汽车行驶的平均速度。考虑到目前速度传感器的精度较高，采用了 16

32、 位的脉冲累加器进行脉冲计数。5.1.4 串口初始化SCI串行通口是一种通用异步通口 UART，与 MCS-51 的异步通信功能基本相同，为异步的串行通行。S12 有两个串行通均为 TTL 电平输出用时可以对波特率、数据格式、口SCI1 和 SCI0，输出极性、接收唤醒方式等进行选择。另外和接受也可使能。其初始化的过程如下：void SciInit()SCI0BD=208; SCI0CR1=0; SCI0CR2=0X2C;/9600bps Baud Rate=BusClock/(16*SCIBD)/正常8位模式，无奇偶校验/接受中断23void SCI0_Send(unsigned char

33、data)while(!SCI0SR1_TDRE); SCI0DRH=0x00;SCI0DRL=data;24第五章 智能汽车算法与软件设计锁设置锁路实际上是指自动相位电路，是利用两个电信号的相位误差，通过环路自身的调节作用，实现频率准确的系统。图 5.3 锁系统图S12 单片机中有四个不同的 外部晶振、锁、总线和时内核。该系统采用的是 16MHZ 的外部晶振，在默认的设置下，锁钟为 32MHZ，总为 8MHZ，内核为 16MHZ。锁与外部晶振时钟的关系是由寄存器 SYNR 和 REFDV 来决定的。通过寄存器的设置，可以使总线超频到 40MHZ。当POSTDIV!=0 时,fbus=fpll

34、/2=fvco/(4*POSTD IV)=fosc*(SYND IV+1)/(2*POSTD IV*(REFDIV+1)当POSTD IV=0 时,fbus=fpll/2=fvco/2=fosc*( SYNDIV+1)/( REFDIV+1)具体设置过程如下：25第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告void SetBusCLK_32M(void)CLKSEL=0X00;/ disengage PLL to systemPLLCTL_PLLON=1;/ turn on PLLSYNR =0x40 | 0x03; /pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=64MHz; R

35、EFDV=0x80 | 0x01;POSTDIV=0x00;_asm(nop);_asm(nop); while(!(CRG/ BUS CLOCK=32M_LOCK=1);/when pll is steady ,then useit;CLKSEL_PLLSEL =1;/engage PLL to system;5.2 磁场信号的提取与处理在本届新增的电磁组智能车中，所检测的信号是电磁信号，为连续的模拟量，及在整个跑道的横向范围能都能检测到信号的弱。这样我们可以有两种处理方法：，唯一的差异就是信号的强：设定一个阀值，将在导线定小的范围内的信号处理为检测到导线，将其他的情况设定为没有检测到导线。

36、这样的处理方法就是将电磁信号处理成和光电一样的数字信号进行处理。图 5.4 信号处理效果图26第五章 智能汽车算法与软件设计：将整个跑道中检测到的信号作为模拟量进行处理，这样检测到的信号离导线越近强度越大，在跑道的边缘则信号越弱。对于传感器的我们采取的是第二种方法。第一排电感主要用来提前刹车和提前转角， 第二排的传感器主要工作是检测当前导线的位置。我们在第二排上放了 2 个传感器来检测信号，然后根据各自的位置和检测到的信号对得到的值进行平均，这样就得到了当前黑线的位置。这样根据得到的值可以得出当前黑线与 车身之间的夹角，然后将这一数据进行处理转化成 PWM 信号送给舵机。第三排，主要来保障小车

37、直线跑直和进行丢线保护。5.3 PID算法及智能车中的应用PID算法简介自从计算机进入领域以来，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机系统，不仅仅可以用软件实现 PID算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使 PID更加灵活。数字 PID在生产过是最普遍采用的算法，在机电、冶金、机械、化工等行业中获得了广泛的应用。将偏差的比例(P)、（I）和微分（D）通过线性组合量，对被对象进行，故称为 PID器。比例调节(P)的作用：对偏差瞬间做出作出反应。偏差一旦产生器立即产生作用，使量向着减少偏差的方向变化。作用的强弱取决于比例系数 ，比例系数 越大，作用越强，则过渡过程越快，过程的静态偏差也就越小；

38、但是 越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数 选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。调节（I）的作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，调节就进行，直至无差，一旦停止，调节输出异常值。作用的强弱取决于时间常数，越小，作用就越强。反之则作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。合，组成 PI 调节器或 PID 调节器。作用常与另两种调节规律结微分调节（D）的作用：偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行变大之前进行。偏差变化的越快，微分器的输出就越大，并能在偏差值。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系27第八届大学生

39、智能汽车邀请赛技术报告统趋于稳定，特别对非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。根据 PID产生的偏差。器原理得知，PID器的主要作用是快速平稳地消除系统图 5.5 模拟 PID系统原理图转向的 PD 调节对于舵机的转向我们采取的是传统的 PD 调节方法。根据前面传感器得到的信号进行处理后，得出导线对于当点小车的具置，然后通过 PD 运算给舵机一个值，使其得到一个相应的位置夹角，同时前端传感器再次检测是否达到所要的结果，然后对舵机再做。这样就形成一个闭环的算法，。在车模偏离导线较小时，舵机的

40、转角变化率较小时，同时舵机转角变化率较小时，所给的 P 和 D 参数较小；当在车模偏离黑色引导线较大时，同时舵机的转角变化率也较大时，所给的 PD 参数也较大。总的来说，就是用分段的 PD 调节来对舵机进行5.3.3 速度调节的。策略28第五章 智能汽车算法与软件设计图 5.6 小功率直流电机调速系统对于电机的 PID策略，我们使用的是一般的增量式的 PID 调节。对于参数 Kp、Kd 以及 Ki 的整定有以下几个方法：1、在偏差比较大时， 为使尽快消除偏差， 提高响应速度， 同时为了避 免系统响应出现超调，Kp 取大值，Ki 取零；在偏差比较小时，为继续减小偏差， 并防止超调过大、产生振荡、

41、稳定性变坏，Kp 值要减小， Ki 取小值；在偏差 很小时，为消除静差，克服超调，使系统尽快稳定， Kp 值继续减小， Ki 值不 变或取稍大。2、当偏差与偏差变化率同号时，被控量是朝偏离既定值方向变化。因此，当被控量接近定值时，反向的比例作用阻碍作用，避免超调及随之而来的振荡，有利于；而当被控量远未接近各定值并向定值变化时，则由于这两项反向，将会减慢过程。在偏差比较大时，偏差变化率与偏差异号时，Kp 值取零或负值，以加快的动态过程。3、偏差变化率的大小表明偏差变化的速率，差值越大， Kp 取值越小， Ki取值越大，反之亦然。同时，要结合偏差大小来考虑。4、微分作用可荡，缩短调节时间，系统的动

42、态特性，偏差的变化，有助于减小超调量， 消除振加大 Kp，使系统稳态误差减小，提高精度， 达到满意； 在当前值比较的效果。所以，在当前值比较大时，Kd 取零，实际为 PI小时， Kd 取正值，实行 PID。电机的 PID 调节后的效果图如下所示：29第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 5.7电机 PID 调节效果图5.4 起跑线检测本届智能车所新增的电磁组智能车竞赛的起跑线与光电和摄像头组的竞赛都有所不同，它是以 6 块磁铁为起跑线的检测：30第五章智能汽车算法与软件设计图 5.8 竞赛跑道起跑区示意图由于是以磁铁为起跑线，如果用检测导线的传感器去检测起跑线是不现实 的，所以我们采用干簧管为

43、起跑线的检测装置。干簧管是一种磁敏的特殊开关。它通常由两个或三个既导磁又导电材料做成的触点，被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的管里， 开关的管或内平行封装的常闭接点。当成磁场使端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以磁铁靠近干簧管时，或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形磁化时，的接点就会感应出极性相反的磁极。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过的抗力时，的接点便会吸合;当磁力减小到一定值时，在了一个开关的作用。抗力的作用下接点又恢复到初始状态。这样便完成因此可以作为传感器用，用于计数，限位等等。有一种自行车公里计，就是在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上两个的干簧管构成的。装在门上，可作为

44、开门时的也会用到干簧管。、问候等。在“断线器”的制作中，31第八届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 5.9 干簧管实物图根据多次试验，我们发现，如果用一排单簧管作为起跑线的检测装置在某些区域内则会产生死区，及检测不到起跑线。所以为了是起跑线的检测更加准确，我们采用在一个位置上放置两个相互垂直的干簧管作为检测装置，：图 5.10 起跑线检测模块这样在小车运行的时候，无论车模处于什么位置都可以检测到起跑线。30第六章 智能汽车系统的系统调试当一个系统方案设计好之后，主要的工作是将其付诸于实践，在真实的软硬件平台上进行调试，不断细化，找出最佳的方案。在整个系统的开发过，使用的是 Metrowerks 公司为 MC9S12 系列单片机专门提供的开发工具（Metrowerks Codewarrior IDE）。这是一套用 C 语言进行编程的集成开发环境。本文智能车系统的软件设计部分就是在此开发环境下完成的。软件开发平台 Codewarrior IDE在整个开发调试过开发工具 FreescaleHC 12 或 S12 为 C P U，