激光传感器飞思卡尔智能车

合肥工业大学

计算机与信息学院

计算机系2008级

方向综合设计报告

方向：分布式控制与嵌入式系统

课题题目：基于随动光电传感器智能车控制系统的

研究与实现

姓名：

专业班级：

学号：

指导教师：

方向综合设计内容

一.设计目的和内容

目的：通过这次综合实训，对随动光电传感器智能车控制系统有充分的认识，对激光传感器控制小车方向有进一步的了解，并掌握飞思卡尔比赛用到的智能车的各个结构和总体设计。完成光电传感器智能车综合实训锻炼亲自动手做项目的能力，之前对智能车一直很感兴趣，借综合设计的机会好好的了解一下。

内容：全国大学生智能车比赛项目，设计随方向转动的光电路径传感器智能车，进一步设计光电路径识别算法以及相应的方向控制算法、配套的速度控制算法。本次研究主要关于智能车各大部件以及之间的联系工作，主要包括以下几大部件：

随动方向控制方面：

1.路面识别激光传感器

2.摇头舵机

3.转向舵机

智能车速度控制方面：

4.电机

5.速度控制PID算法

6.单片机

二.背景知识

赛道路面用专用白色基板制作，在初赛阶段时，跑道所占面积在5m×7m左右，决赛阶段时跑道面积可以增大。

赛道宽度不小于45cm。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于60cm。如下图1所示：

图1.赛道宽度以及间距

跑道表面为白色，赛道两边有黑色线，黑线宽25mm+-5，沿着赛道边缘粘贴，

如图2所示。

图2.赛道颜色以及边线

赛道中心下铺设有直径0.1-0.8mm漆包线，其中通有20kHz，100 mA的交变电流。频率范围20k±1k，电流范围(100±20mA)。

在严格遵守规则中对于电路限制条件，保证智能车可靠运行的前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减轻系统负载，提高智能车的灵活性，同时以发挥创新为原则，并以稳定性为首要前提，实现智能车快速运行。小车控制系统从硬件上分为电源管理模块、传感器模块、直流电机驱动模块、转向伺服电机驱动模块、摆头伺服电机驱动模块和单片机模块。各个模块设计有各自不同的要求：（1）电源模块为系统其他各个模块提供所需要的电源，以保证各模块的正常工作，是智能车运行的基础。

（2）寻迹传感器采集道路信息，为智能车提供前进方向，使车始终不偏离赛道。所以首先要对传感器选型，即选择适合系统的传感器。在此基础上要考虑传感器的分布位置及其安装方法，这些都是智能车寻迹方案的硬件基础。

（3）测速传感器采集小车速度信息，为小车的速度控制提供反馈依据，使小车始终按照给定的速度行驶。选择测速传感器时需要考虑：测速的精度稳定程度以及传感器的安装等因素。

（4）直流电机驱动模块控制直流电机两端电压，使电机在给定的速度下运行，控制电机加减速，是小车的执行机构。小车在启动过程中往往会产生很大的冲击电流，一方面会对其他电路产生电磁干扰；另一方面由于电池内阻造成电池两端的电压下降，甚至会低于稳压电路所需要的最低电压值，产生单片机复位现象，所以必须克服启动冲击电流的影响。

（5）转向和摆头伺服舵机驱动模块，即舵机在单片机给定的 PWM 波下进行转向，亦是小车的执行机构。

（6）单片机模块在小车控制系统中扮演核心的位置，好比人的大脑，从硬件设计的角度来说，首先要保证其供电稳定，其次要对其部分功能模块如 PWM 通道，定时器通道的进行编程，写入驱动程序，使其工作良好。 S12 是一款飞思卡尔 16 位的单片机，其开发方法和工作特点都与常用的 8051 单片机有一定的区别。如何开发这款单片机，如何为单片机多个模块写入底层的驱动程序和编写优良的上层控制算法是这一模块的核心。

三.系统方案和实现

1.传感器

光电车路径传感器的选择

从实际试验中可以看出，光电传感器具有前瞻距离短，容易受外界光线影响等弱点，这对于智能车的快速性和稳定性无疑是很大的影响。再加之A车舵机严重滞后等因素的影响，前瞻成为光电车提速的重要因素之一。智能车的稳定性要求智能车在不同的环境下都能平稳的运行，对外界光线等因素不具有较高要求。基于以上两个重要的因素，路径传感器决定选择激光管。激光管和红外线的特性比较如表1：

表1.红外线与激光传感器的比较

从表中可以看出，激光具有大前瞻和受外界光干扰小等优点。检测信号的数字化具有比红外线传感器检测到的模拟电压信号更高的可靠性，所以本控制系统采用激光传感器。而激光传感器主要面临的就是大质量的问题，传感器的质量直接影响小车本身的重心，所以激光传感器的安放高度和位置都必须合理。

激光传感器的工作原理

其中发射管（如图3）：通过接收端口接受信号使发射管发光，发射管连接的电压产生电压差值使整体相当于一个二级发光管。

调制管：调制管与发光管连接，调制管的作用是可以通过载波调节发射管发光的频率为180KHZ。

图3.发射管原理图

接收管(如图4所示)：用来接收发射管发射出来的光线，放大，然后解调、整形如果光线照在跑道的黑线上，那么接收管输出数字信号显示1，如果光线照在跑道的白线上，则接收管输出数字信号显示0.

图4.接收管原理图

传感器的工作原理是：发射管经过一个180KHZ频率的载波调制后发射。接收管接收到反射回来的光线后，先进行放大，然后进行解调、整形。在经过比较，就输出一个开关量信号。整个过程可以参照上面的发射管、调制管、接收管的图。单排激光传感器布局

由于往届竞赛对光电传感器排布方式研究已经比较深入，传统的“一”字型排布方式在众多排布方式中效果显著，是最常用的一种排布方式。激光发射管的排布是均匀的，这样便于激光管精确的固定与定位。具体的传感器布局的PCB 版电路图如图5、6：

图5.激光传感器PCB图右半部分

图6.激光传感器PCB图左半部分

整体的传感器一共有四个接收管，十二个发射管，和两个调制管，在实际制作中将右半部分和左半部分形成一个角度a，这个角度a是在不断的实际测试使小车达到最佳状态时来确定的。

具体的PCB电路分析：

右半部分图，最上层：JLED3、JLED4是两个接收管，旁边的C3、C4及电阻组成的电路起到滤波、放大的作用。中间层：三角形的白色部件是六个发射管，旁边Q7---Q12及各电阻是来保护及判断发射管是否发光，最边上的P2是插槽，将各部件与处理器相连接。最下层：J2是调制管，附近的电阻及三极管起到保护电路及放大的作用，U2是三八译码器。

左半部分图，最上层：JLED1、JLED2是两个接收管，旁边的C1、C2及电阻组成的电路起到滤波、放大的作用。中间层：三角形的白色部件是六个发射管，旁边Q1---Q6及各电阻是来保护及判断发射管是否发光，最边上的P1是插槽，将各部件与处理器相连接。最下层：J2是调制管，附近的电阻及三极管起到保护电路及放大的作用。U1是三八译码器。

2.摆头舵机控制模块

摆头舵机

摆头舵机用于上面一排激光管的摆动，是操控车模行驶的方向盘。舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向，其转角精度直接影响到智能车模能否准确按赛道路线行驶。舵机如图7所示

图7.摆头舵机

摆头舵机的工作原理

舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，控制转向角度的目的。

摆头舵机之所以要摇头是因为由于激光前瞻较远，所以只要车辆轻微偏移赛道就偏出检测范围，而激光板不能做无限宽，因此使用摇头来弥补，并以此提高弯道速度。每个管子的光都经过调制，发射出去后只要是在白色的跑道上，好几个接收头都可以同时接收到信号，而黑线上则反射较弱，这样将激光管依次点亮就可以精确的知道对应激光管指向位置是黑线还是白色路面。舵机在6v电压下正常工作，而大赛统一提供的标准电源输出电压为7.2v则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6v。

摆头舵机的安装

摆头舵机是道路检测子系统中的主要部件。摆头舵机的稳定性，重心分布和水平程度是安装过程中所需要考虑的主要因素。下面仅对我们所采用的安装方式进行简略介绍。我们所采用的摇头机构的安装方式的优点是：

一：平衡重心：由于车模固有驱动结构的影响，致使车模总体重心便向车中心线的左方。利用舵机结构的不对称性，可以有效的平衡重心。

二：安装独立性高：可以独立拆卸而不影响其他结构。这点在调试过程中给重心的前后平衡调整带来了极大的方便。

三：水平性好：摇头传感器的水平性是影响道路检测效果的重要因素。如果安装不水平，那么在传感器摆动过程中前瞻距离会随着摆动角度的不同而不断变化，给程序调试以及车体稳定性带来了极大的消极影响。

控制脉冲（PWM）

PWM 调制波有8 个输出通道，每一个输出通道都可以独立的进行输出。每

一个输出通道都有一个精确的计数器（计算脉冲的个数），一个周期控制寄存器

和两个可供选择的时钟源。每一个PWM 输出通道都能调制出占空比从0—100% 变化的波形。

PWM 的主要特点有：

1、它有8个独立的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期。

2、每一个输出通道都有一个精确的计数器。

3、每一个通道的PWM 输出使能都可以由编程来控制。

4、PWM输出波形的翻转控制可以通过编程来实现。

5、周期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或PWM计数器为0时，改变周期和脉宽才起作用。

6、8 字节或16字节的通道协议。

7、有4个时钟源可供选择A、SA、B、SB他们提供了一个宽范围的时钟频率。

8、通过编程可以实现希望的时钟周期。

9、具有遇到紧急情况关闭程序的功能。

10、每一个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出。

3.转向舵机控制模块

转向舵机的安装

度致使转向过程中拉力过小，而且车体重心靠前对前轮转向舵机安装的好坏决定了车体在弯道时所能达到的极限速度。方向控制舵机安装时主要考虑的因

素有：重心，最大转角，等效力臂长度，响应速度，极限拉力等因素。目前比

较主流的安装方式主要有：

靠前立式安装：将转向舵机安装在车头前轮差速器上方。经实验验证，该法限制了舵机力臂长压力过大降低了转向性能。

靠后立式安装：将转向舵机安装在智能车前传动轴上方。经实验验证，该法限制了舵机力臂长度致使转向过程中拉力过小，带来的消极影响车体稳定性较低，重心过高等问题。

传统安装：这种方式是目前采用的安装方式，我们尝试过改进车体原有机械结构安装，该安装方式的优点是能够提供比较大的转向拉力，在调试过程发现加长舵机臂可以加强舵机转向速度，有利于过弯性能的提高。通过仿真和测试，我们发现舵机臂的加长有一个相对合适的长度，超过这个长度会使转向负荷过大，打坏舵机齿轮。

转向舵机

转向舵机和摇头舵机相似，都是统一的s3010的，工作原理是控制电路接收信号源的控制脉冲，并驱动电机转动；齿轮组将电机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍数，然后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测

量舵机轴转动角度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。模拟舵机需要一个外部控制器（遥控器的接收机）产生脉宽调制信号来告诉舵机转动角度，脉冲宽度是舵机控制器所需的编码信息。舵机的控制脉冲周期 20ms，脉宽从 0.5ms-2.5ms，分别对应 -90 度到

图8. 舵机转角与脉冲周期对应位置

4.电机直流驱动电机控制电路主要用来控制直流电动机的转动方向和转动速度。改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向；而控制直流电动机的转速，则通过单片机发出的PWM控制。

电机驱动及原理

赛车采用380电机作为全车的驱动，电机由竞赛主办方提供。齿轮传动机构对赛车的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当会大大增加电机驱动后轮的负载，从而影响到最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平

行，齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力；传动部分要轻松、顺畅，容易转动。判断齿轮传动是否调整好的一个依据是：听一下电机带动后轮空转时的声音。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，咬合过紧，或者两齿轮轴不平行，电机负载加大。调整好的齿轮传动噪音小，并且不会有碰撞类的杂音。同时在电机传动齿轮上安装速度测试模块，我们采取的是42 齿光电编码器，通过编码器，MCU得到赛车的时时速度反馈，从而进一步地实行速度控制。由于今年是四驱驱动电机与中差速都在车模中央不利于编码器的安装，所以我们使用定制的编码器，它的体积相对较小，可以减少占用的空间。我们将编码器安装于电机的左下角，齿轮直接与电机齿轮啮合。

电机驱动原理图如图9：

图9.电机驱动原理图

电机电枢两端电压的极性影响电机的转向，电压的大小影响电机的转速。通过微控制器输出不同占空比的PWM信号来近似不同幅度的电压，以达到控制速度的目的。

5.速度控制PID算法

PID算法--速度控制

在控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器的工作原理，先看一个例子。（如图10）所示是一个小功率直流电机的调速原理图。给定速度n1(t)与实际转速进行比较n(t)，其差值e(t)=n1(t) –n(t)，经过 PID 控制器调整后输出电压控制信号u(t)，u(t)经过功率放大后，驱动直流电动机改变其转速。

图.10小功率直流电机调速原理图

常规的模拟PID 控制系统原理框图（如图11）所示。该系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)，e(t)=r(t)–y(t)。e(t)作为 PID 控制的输入，作为PID 控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟PID 控制器的控制规律为u(t)=Kp[e(t)+1

Ti

e t dt +Td

de (t )dt

t

0]。

其中Kp ：控制器的比例系数。Ti ：控制器的积分时间（积分系数）。Td ：控制器的微分时间（微分系数）。

图11.PID 控制系统原理框图 比例部分：

比例部分的数学式表示是： Kp* e(t)。在PID 控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数，比例系数越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；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Kp 选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。 积分部分：

积分部分的数学表达式是：Kp

Ti e (t )dt t

0。只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e(t)=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不增加的常数。可见， 积分部分可以消除系统的偏差。 积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti 越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡； 但是增大积分常数Ti 会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti 较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti 。

微分部分：

。实际的控制系统除了希望消除静微分部分的数学式表示是：Kp?Td de t

dt

态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，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。微分部分的作用由微分时间常数Td 决定。Td越大时，则它抑制偏差变化的作用越强；Td越小时，则它反抗偏差变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数Td，可以使微分作用达到最优。

6.单片机

系统的核心控制采用比赛统一规定的16位HCS12系列单片机MC9S12DGl28。其主要特点是高度的功能集成，易于扩展，低电压检测复位功能，低电压低功耗，自带PWM输出功能等。系统I／O口具体分配如下：PORTA0、PTH0～PTH7共9位用于小车前面路径识别的输人口；PACN0用于车速检测的输入口；PORTB0～PORTB7用于显示小车的各种性能参数；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23、PWM45用于驱动电机的PWM控制信号输出。

中断

S12默认中断处理状态：在进入中断服务程序时，I位自动置1，禁止其他可屏蔽中断。即使有优先级更高的中断请求，也必须等当前中断服务程序执行后才能响应。优先级的作用只有在多个中断源同时请求中断时在能体现无法实现中断嵌套。

在可屏蔽中断服务程序中：如果在进入中断服务程序时，手动对I位清零，任何其他可屏蔽中断都可以被响应，无论其优先级有多高。中断响应由时间控制，可以实现中断嵌套。对中断执行无法预测。

中断优先处理机制：在中断服务程序中，首先对I位清零。选择优先级更高的中断源可以进入响应中断。设置优先等级：1.两级：一个中断源为低优先级，其他为高优先级。在低优先级中断服务程序中，对I位清零。在高优先级中断服务程序中，不清零。2.多级：利用局部的中断屏蔽位。

四.设计结果（包括必要的截图）

这次设计主要体现了激光传感器的检测前瞻距离远，受外界光影响小，检测信号数字化等优点，相比红外线传感器，在小车性能上有了进一步的提高。

激光传感器信号读取方式

激光接收管接收到反射光之后，以数字量的形式将反射光的强弱反映给单片机。此时，单片机只需要使用普通的 IO 口读取接受管传回来的0、1信号即可知道当前发射管照射到黑色中心线上，还是白色赛道上。其中，需要注意的是激光管的点亮方式，上文以及提到激光接收管不仅能够接受其正上（下）方的发射管的反射光，而且可以接收相邻发射管的反射光，如果距离太近的发射管同时发射，势必会产生互相影响，从而产生错误的检测结果。故采用循环点亮的方式，即每次只点亮一个发射管和其对应的接收管，从而需要试验获得每个激光管需要点亮的时间。这样，就避免了相近发射管互相干扰的情况，使检测结果正确。激光传感器首先要设计电路图，本次用protel2004来绘画激光传感器的原理图如图13所示：

图13.激光传感器电路图截图

五.设计总结和体会

本论文主要介绍了可自主寻迹智能小车控制系统的设计，包括控制系统的硬件组成和软件控制算法，以及传感器的选择和驱动电路的选择。控制系统是一个双输入双输出的系统，其硬件主要包括：

1、赛道路径检测传感器，该传感器的选择可以是摄像头、光电管或者激光管，从光电车的角度考虑，远前瞻是提速的关键，所以选择了激光传感器；

2、舵机，从机械方面增大舵机左右转角的最大值，有利于转大弯，然后建立起舵机的数学模型，为后续调节舵机参数做铺垫；

3、摆头舵机，为了更好地跟上黑线并且保证尽量不丢黑线，以达到很好的获取赛道信息的目的，故采用了大赛统一的S3010舵机；

4、测速传感器，可以是自制的法兰盘直接测车轮转速，也可以是光电编码器测电机的转速然后转化为车轮转速，由于后者具有更好的安装位置，所以定为本系统的测速方式；

5、电机控制模块中，由于BTS7960 驱动具有更好的加减速特性，所以定为本系统的驱动方式。

软件控制算法，最重要的是让小车能够得到正确的偏差E，这是后续舵机控制和速度控制的基础，所以运用了数字滤波、条件判断等方法来得到正确的E，同时对不同的赛道类型进行识别，使小车能够稳定又快速的运行。舵机控制采用了PD 控制，而电机控制采用了bangbang控制和PID 控制相结合的方式。不管是舵机的PD 参数，还是电机的PID 参数，都需要试验反复调整，期间可以用到各种不同的调试工具。试验结果表明，小车能够达到平稳又快速行驶的设计目的。

附各部分初始化代码

#include /* common defines and macros */

#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */

int max1=0;

int max2=0;

int max3=0;

int max4=0;

int max5=0;

int max6=0;

int max7=0;

int max8=0;

int max9=0;

intAD_Value[9];

int a0[9];

int a1[9];

int a2[9];

// 倍频。。。。。。。。。。。。。。。。。。

voidbian()

{

SYNR=0xC5;

REFDV=0x81;

POSTDIV=0x00;

while(CRGFLG_LOCK!=1);

CLKSEL_PLLSEL=1;

}

voidintiPB(){

DDRB=0xff;

PORTB=0xff;

}

//初始化舵机。。。。。。。。。。。。。

voidintiDirection()

{

PWMPRCLK = 0x00; // 预分频后：A=B=CLKbus=40M

PWMSCLB = 0x05; // CLKsb = CLKb/(2*PWMSCLB) = 4M PWMCTL_CON23 = 1;//组合PWM23，组合PWM2和PWM3后使用PWM3的控制信号控

制PWM23

PWMCLK_PCLK3 = 1; // 选择CLKsb作为PWM3的时钟

PWMPOL_PPOL3 = 1; // 极性选择寄存器1-占为高电平0-占为低电平 PWMCAE_CAE3 = 0; // 左对齐

PWMPER23 = 40000;// 舵机周期3.3ms，用PWMDTY3 设置占空比来控制

舵机转角

PWME_PWME3 = 1; // PWM3 使能开启

PWMDTY23 = 6432; // 占6432 - 转角为零(起始状态)

}

//初始化电机。。。。。。。。。。。。。。。

voidinti_Motor(){

PWMCLK_PCLK0=1;//选择 CLKSA 作为PWM0 的时钟

PWMPRCLK=0;//预分频到40M

PWMSCLA=0x0A; //再分频到5M/2*100

PWMPOL_PPOL0=1; //设置0通道极性开始为高电平

PWMCAE_CAE0=0;//设置左对齐

PWMPER0=255; //设置频率

PWMDTY0=0;

PWME_PWME0= 1; // PWM0 使能开启

}

//时钟模块输出比较。。。。。。。。。。。。。。。

voidintTime_OUTPUT(){

TIOS_IOS1=1;//选择输出比较方向output //TCTL4_EDG1B=0; //选择捕捉形式上升沿 //TCTL4_EDG1A=1;

TSCR2_PR2=0; //预分频到5M

TSCR2_PR1=1;

TSCR2_PR0=1;

TC1=50000; //要比较的数

TIE_C1I=1;//时钟使能

TSCR1_TEN=1;//整个使能时钟使能

}

//去杂点

int cleaned(inti){

intj,k;

k=AD_Value[i]-a1[i];

j=AD_Value[i]-a2[i];

if((k>50)||(k<(-50))||(j>50)||(j<(-50))){ a0[i]=0;

return 0;

}

return 1;

}

void main(void) {

bian();

intiPB();

intiDirection();

intiAD();

//ISCInt();

inti_Motor();

intTime_OUTPUT(); PWMDTY0=0; EnableInterrupts;

for(;;) {

}

}

#pragma CODE_SEG NON_BANKED

#pragma TRAP_PROC

void Interrupts(){

staticint j=0;

staticint s=0;

inti=0 ;

TFLG1_C1F=1;//接受中断信号

DisableInterrupts;

AD_GetValue();//每10毫秒测试一个数据 TC1+=50000; if(j<500) {

j++;

AD_MAXget();

}

else{PWMDTY0=85;

if(AD_Value[0]>(max1-8))

{

i=cleaned(0);

if(i){

PWMDTY23=7450;

PORTB=0xfe;

}

}

if(AD_Value[0]>(max1-8)&&AD_Value[1]>(max2-8))

{

i=cleaned(1);

if(i){

PWMDTY23=7367;

PORTB=0xfc;

}

}

if(AD_Value[1]>(max2-8))

{

i=cleaned(1);

if(i){

PWMDTY23=7234;

PORTB=0xfd;

}

}

if(AD_Value[1]>(max2-8)&&AD_Value[2]>(max3-8) )

{

i=cleaned(2);

if(i){

PWMDTY23=7101;

PORTB=0xf9;

}

}

if(AD_Value[2]>(max3-8))

{

i=cleaned(2);

if(i){

PWMDTY23=6968;

PORTB=0xfb;

}

}

if(AD_Value[2]>(max3-8)&&AD_Value[3]>(max4-8)) {

i=cleaned(3);

if(i){

PWMDTY23=6835;

PORTB=0xf3;

}

}

if(AD_Value[3]>(max4-8))

{

i=cleaned(3);

if(i){

PWMDTY23=6702;

PORTB=0xf7;

}

}

if(AD_Value[3]>(max4-8)&&AD_Value[4]>(max5-8)) {

i=cleaned(4);

if(i){

PWMDTY23=6569;

PORTB=0xe7;

}

}

if(AD_Value[4]>(max5-8))

{

i=cleaned(4);

if(i){

PWMDTY23=6432;

PORTB=0xef;

}

if(AD_Value[4]>(max5-8)&&AD_Value[5]>(max6-8)) {

i=cleaned(5);

if(i){

PWMDTY23=6303;

PORTB=0xcf;

}

}

if(AD_Value[5]>(max6-8))

{

i=cleaned(5);

if(i){

PWMDTY23=6170;

PORTB=0xdf;

}

}

if(AD_Value[5]>(max6-8)&&AD_Value[6]>(max7-8)) {

i=cleaned(6);

if(i){

PWMDTY23=6037;

PORTB=0x9f;

}

}

if(AD_Value[6]>(max7-8))

{

i=cleaned(6);

if(i){

PWMDTY23=5904;

PORTB=0xbf;

}

}

if(AD_Value[6]>(max7-18)&&AD_Value[7]>(max8-18)) {

i=cleaned(7);

if(i){

PWMDTY23=5731;

PORTB=0x3f;

}

}

if(AD_Value[7]>(max8-8))

飞思卡尔智能汽车设计技术报告

第九届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技术报告 学校：武汉科技大学队 伍名称：首安二队参赛 队员：韦天 肖杨吴光星带队 教师：章政 0敏

I

关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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：

II

目录 第一章引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 内容分布 (1) 第二章系统总体设计 (2) 2.1 设计概述 (3) 2.2 控制芯片的选择 (3) 2.3 线性 CCD 检测的基本原理 (3) 2.3 系统结极 (5) 第三章机械系统设计 (7) 3.1 底盘加固 (7) 3.2 轮胎处理 (7) 3.3 四轮定位 (8) 3.4 差速器的调整 (12) 3.5 舵机的安装 (13) 3.6 保护杆的安装 (15) 3.7 CCD的安装 (16) 3.8 编码器的安装 (17) 3.9 检测起跑线光电管及加速度计陀螺仪的安装 (18) 第四章硬件系统设计 (19) 4.1 最小系统版 (20) 4.2 电源模块 (21) 4.3 CCD模块 (22) 4.4 驱动桥模块 (23) 4.5 车身姿态检测模块 (24) 4.7 测速模块 (24) 4.8 OLED液晶屏及按键、拨码 (25) 第5章程序设计 (27)

飞思卡尔电磁传感器

“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛 电 磁 传 感 器 设计报告 学校：天津职业技术师范大学 制作人：自动化工程学院 电气0714 连刘雷

引言 这份技术报告中，我通过自己对这个比赛了解的传感器方面，详尽的阐述了传感器制作的原理和制作方法。具体表现在电路的可行性和实验的验证结果。 目录 引言 (2) 目录 (2) 第一章、电磁传感器设计思路及实现方案简介 (3) 1.1方案设计思路 (3) 1.2 磁场检测方法 (5) 第二章、电路设计原理 (7) 2.1感应磁场线圈 (7) 2.2信号选频放大 (8) 参考文献 (10)

第一章、电磁传感器设计思路及实现方案简介 1.1方案设计思路 根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为 3kHz～30kHz，波长为100km～10km。如下图所示： 图1.1、电流周围的电磁场示意图 导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。 由于赛道导航电线和小车尺寸l 远远小于电磁波的波长λ，电磁场辐射能量 很小（如果天线的长度l 远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。 由毕奥-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I 长度为L 的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r 处P 点的磁感应强度为：

基于嵌入式STM32的飞思卡尔智能车设计

摘
要
飞思卡尔智能车大赛是面向全国大学生举办的应用型比赛， 旨在培养创新精 神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。大赛主要是要求小车自主循迹并 在最短时间内走完整个赛道。针对小车所安装传感器的不同，大赛分为光电组、 电磁组和摄像头组。 本文介绍了本院自动化系第一届大学生智能汽车竟赛的智能车系统。 包括总 体方案设计、机械结构设计、硬件电路设计、软件设计以及系统的调试与分析。 机械结构设计部分主要介绍了对车模的改进，以及舵机随动系统的机械结构。硬 件电路设计部分主要介绍了智能车系统的硬件电路设计， 包括原理图和 PCB 设计 智能车系统的软、 硬件结构及其开发流程。该智能车车模采用学校统一提供的飞 思卡尔车模，系统以 STM32F103C8T6 作为整个系统信息处理和控制命令的核心， 使用激光传感器检测道路信息使小车实现自主循迹的功能
关键字：飞思卡尔智能车STM32F103C8T6
激光传感器
第一章 概述

1.1 专业课程设计题目
基于嵌入式 STM32 的飞思卡尔智能车设计
1.2 专业课程设计的目的与内容
1.2.1 目的 让学生运用所学的计算机、传感器、电子电路、自动控制等知识，在老师的 指导下，结合飞思卡尔智能车的设计独立地开展自动化专业的综合设计与实验， 锻炼学生对实际问题的分析和解决能力，提高工程意识，为以后的毕业设计和今 后从事相关工作打下一定的基础。 1.2.2 内容 本次智能车大赛分为光电组和创新做，我们选择光电组小车完成循迹功能。 该智能车车模采用学校统一提供的飞思卡尔车模， 系统以 STM32F103C8T6 作为整 个系统信息处理和控制命令的核心，我们对系统进行了创造性的优化： 其一， 硬件上采用激光传感器的方案， 软件上采用 keil 开发环境进行调试、 算法、弯道预判。 其二，传感器可以随动跟线，提高了检测范围。 其三，独立设计了控制电路板，充分利用 STM32 单片机现有模块进行编程， 同时拨码开关、状态指示灯等方便了算法调试。
1.3 方案的研讨与制定
1.3.1传感器选择方案 方案一：选用红外管作为赛道信息采集传感器。 由于识别赛道主要是识别黑白两种不同的颜色， 而红外对管恰好就能实现区 分黑白的功能，当红外光照在白色KT板上时，由于赛道的漫反射作用，使得一部 分红外光能反射回来， 让接收管接的输出引脚的电压发生变化，通过采集这个电 压的变化情况来区分红外光点的位置情况，以达到区分赛道与底板的作用。 红外管的优点在于价格便宜，耐用；缺点却用很多：1、红外光线在自然环 境中，无论是室内还是室外均比较常见，就使得其抗干扰能力不强，容易受环境 变化的影响。2、调试不方面，由于红外光是不可见光，调试的时候需要采用比 较麻烦的方法来判断光电的位置。3、由于红外管光线的直线性不好，就使得红 外传感器所能准确的判断的最远距离比较小，也就是通常所说的前瞻不够远。

飞思卡尔智能车比赛细则

2016

目录

第十一届竞赛规则导读 参加过往届比赛的队员可以通过下面内容了解第十一届规则主要变化。如果第一次参加比赛，则建议对于本文进行全文阅读。 相对于前几届比赛规则，本届的规则主要变化包括有以下内容： 1.本届比赛新增了比赛组别，详细请参见正文中的图1和第四章的“比赛任务” 中的描述； 2.第十届电磁双车组对应今年的A1组：双车追逐组。其它组别与新组别的对应 关系请参见图2； 3.为了提高车模出界判罚的客观性，规则提出了两种方法：路肩法和感应铁丝 法，详细请见赛道边界判定”； 4.改变了原有的光电计时系统，所有赛题组均采用磁感应方法计时，详细请参 见“计时裁判系统”； 5.取消了第十届的发车灯塔控制的方式； 6.赛道元素进行了简化，详细请参见“赛道元素”； 7.赛道材质仍然为PVC耐磨塑胶地板，但赛题组A2不再需要赛道。 8.对于车模所使用的飞思卡尔公司MCU的种类、数量不再限制。 9.比赛时，每支参赛队伍的赛前准备时间仍然为20分钟，没有现场修车环节。

一、前言 智能车竞赛是从2006开始，由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。至今已经成功举办了十届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展。 为了实现竞赛的“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，竞赛内容设置需要能够面向大学本科阶段的学生和教学内容，同时又能够兼顾当今时代科技发展的新趋势。 第十一届比赛的题目在沿用原来根据车模识别赛道传感器种类进行划分的基础类组别之上，同时增加了以竞赛内容进行划分的提高类组别，并按照“分赛区普及，全国总决赛提高”的方式，将其中一个类别拓展出创意类组别。第十一届比赛的题目各组别分别如下： ●基础类包括B1光电组、B2摄像头组、B3电磁直立组、B4电轨组； ●提高类包括A1双车追逐组、A2信标越野组； ●创意类包括I1 电轨节能组。 图 1 不同组别，不同挑战度 每个组别在选用的车模、赛道识别方法、完成任务等方面存在差别，对于参赛选手不同学科知识和能力要求也不同，制作的挑战度也有较大的区别。相比较而言，

中鸿TPMS采用英飞凌和飞思卡尔TPMS轮胎压力传感器芯片

安徽中鸿电子科技有限公司是安徽最大的TPMS胎压监测系统供应商，公司所有TPMS芯片都是进口德国英飞凌和美国飞思卡尔最新的芯片，长期专注汽车轮胎安全，中鸿为您的幸福家庭保驾护航. 飞思卡尔TPMS芯片:是飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)公司生产的，它是全球领先的半导体公司，全球总部位于美国德州的奥斯汀市。专注于嵌入式处理解决方案。飞思卡尔面向汽车、网络、工业和消费电子市场，提供的技术包括微处理器、微控制器、传感器、模拟集成电路和连接。飞思卡尔的一些主要应用和终端市场包括汽车安全、混合动力和全电动汽车、下一代无线基础设施、智能能源管理、便携式医疗器件、消费电器以及智能移动器件等。在全世界拥有多家设计、研发、制造和销售机构。Gregg Lowe是总裁兼CEO，该公司在纽约证券交易所股票代码(NYSE)：FSL，在2013年投入了7.55亿美元的研发经费，占全年净销售额的18%。2015年2月，飞思卡尔与NXP达成合并协议，合并后整体市值400 亿美金。 据美国国家公路交通安全管理局统计，每年因为轮胎漏气或爆裂导致的交通事故约为23000件，死亡事故为535件。TPMS由于能提供可靠的轮胎充气状态监测，可有助于预防事故的发生。此外，如果能保证轮胎充气正常，还有助于提高燃油经济性，降低排放。目前世界许多国家和地区，例如美国、欧盟、中国、日本及台湾地区等已经开始要求新生产的车辆必须安装TPMS系统。 飞思卡尔的FXTH87 Xtrinsic系列胎压监测传感器（TPMS）高度集成了市场上尺寸最小7 x 7 mm的封装，比飞思卡尔前一代QFN 9 x 9 mm封装尺寸还要少40%。它还可以提供最低的功耗（9 mA Idd）、最大的客户存储器规格（8 kB）与独一无二的双轴加速度传感器架构。飞思卡尔的TPMS解决方案集成了8位微控制器（MCU）、压力传感器、XZ-轴或Z-轴加速度传感器和射频发射器。 FXTH87特点： * QFN 7 x 7 x 2.2 mm封装，带有用于检查的可见焊点 * 100–450 kPa和100–900 kPa压力范围 * Z轴或XZ轴加速度传感器 * 支持加速度传感器标准/精度公差 * 低功耗唤醒定时器和LFO驱动的周期性复位 * 用于降低功耗的专用状态机 * 8位MCU/S08内核，配备SIM、中断和调试/监控器 * 512字节RAM/16k闪存（8k用于飞思卡尔库，8k用于应用） * 内置315/434 MHz射频发射器 * 内置125 kHz LF接收器 * 6个多用途通用IO引脚（包括两个A/D输入） 英飞凌TPMS 芯片 英飞凌科技公司于1999年4月1日在德国慕尼黑正式成立，是全球领先的半导体公司之一。其前身是西门子集团的半导体部门，于1999年独立，2000年上市。其中文名称为亿恒科技，2002年后更名为英飞凌科技。

飞思卡尔智能车竞赛新手入门建议

每年都会有很多新人怀着满腔热情来做智能车，但其中的很多人很快就被耗光了热情和耐心而放弃。很多新人都不知道如何入手，总有些有劲无处使的感觉，觉得自己什么都不会，却又不知道该干什么。新人中存在的主要问题我总结了以下几点： l缺乏自信，有畏难情绪 作为新人，一切都是新的。没有设计过电路，没有接触过单片机，几乎什么都不会。有些新人听了两次课，看了两篇技术报告，就发现无数不懂不会的东西，于是热情在消退，信心在减弱。这些都是放弃的前兆。殊不知，高手都是从新人过来的，没有谁天生什么都会做。一件事件，如果还没开始做，就自己否定自己，认为自己做不到，那么肯定是做不到的。 l习惯了被动接收知识，丧失了主动学习的能力。 现在的学生大多从小习惯了被灌输知识，只学老师教的，只学老师考的。殊不知一旦走向社会，将不再有老师来教，不再有应付不完的考试。做智能车和传统的教学不同，学生将从被动学习的地位转变为主动学习。就算有指导老师，有指导的学长，但也都处于被动地位，往往都不会主动来教。有的学生一开始就没有转变思想，还希望就像实验课一样，老师安排好步骤1，2，3……，然后自己按照老师安排好的步骤按部就班的完成。这样的学生，往往都丧失了提出问题和分析问题的能力，只是一个应付考试的机器。要知道，解决问题的第一步是提出问题，如果总等着别人来教，那么问题永远会挡在你面前。 l缺乏团队精神和合作意识 智能车比赛是以团队的形式参赛，只依靠个人能力单兵作战就能取得好成绩的是很少很少的。当今社会，任何人的成功都离不开身后的团队的支撑。智能车是一个很复杂的系统，电路、机械、传感器、单片机、底层驱动、控制算法……。如果所有的任务都是一个人去完成，固然锻炼了自己，但想做的很好却很不现实。很多新人，来到实验室，来到一个陌生的环境和团队，连向学长请教，和同学交流的勇气都没有，又如何融入团队呢。除了要主动融入团队，还要培养自己的团队意识。团队精神往往表现为一种责任感，如果团队遇到问题，每个人都只顾自己，出了错误，不想着解决问题，而是互相推诿埋怨。这样的团队，肯定是无法取得好成绩的。 l缺乏耐心和细心的精神 其实把一件事做好很简单，细心加上耐心。不细心就想不到，没有耐心，即使想到了也做不到。做事怕麻烦，将就，说白了就是惰性在作祟。明明可以把支架做的更轻更漂亮，明明可以把程序写的更简洁，明明可以把电路设计得更完善……。其实，每个人都有很大潜力，如果不逼自己一次，你永远不知道自己的潜力有多

飞思卡尔智能车电机资料

3.1.6驱动电机介绍 驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点: (1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。 (2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。 (3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。 (4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击的 影响。 (5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时间运行于 停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连续堵转电流。 图3.1为该伺服电机的结构图。图3.2是此伺服电机的性能曲线。 图3.1 伺服电机的结构图

图3.2 伺服电机的性能曲线 3.1.7 舵机介绍 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图3.3所示。图3.4为舵机的控制线。

飞思卡尔加速度传感器资料AN4074 MMA8451Q Auto-Wake Sleep

? 2010, 2012 Freescale Semiconductor, Inc. All rights reserved. Document Number: AN4074 Rev 1, 03/2012 Freescale Semiconductor Application Note Auto-Wake/Sleep Using the MMA8451, 2, 3Q by: Kimberly Tuck Applications Engineer 1.0Introduction Accelerometers are commonly used in hand-held electronics and/or battery operated electronic devices. Consumption of current in the entire system is a critical feature of the product design. Users do not want to be inconvenienced by continually recharging or changing out batteries. When designing in the accelerometer, battery power usage is often a critical feature which concerns many designers. Therefore, current consumption of the sensor as well as of the entire system should be paramount design considerations. If the system processor is used often only for processing data from the accelerometer, then it is ideal to embed the intelligence in the sensor to avoid burdening the system processor from running continually. The flexibility of embedded interrupt driven functions and selectable data rates with trade-offs for resolution, response time, and current are the types of intelligent features in the MMA8451, 2, 3Q.This application note will explain the following:?The Auto-Wake/Sleep feature ?Description of the configuration procedure with example register settings and code. 1.1Key Words Accelerometer, Output Data Rate (ODR), Current, Standby Current, Power Down Mode Current, Low Power Mode, Noise, Auto-Wake/Sleep, Sleep Timer, Sensor. TABLE OF CONTENTS 1.0 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.1 Key Words . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.0 MMA8451, 2, 3Q Consumer 3-axis Accelerometer 3 by 3 by 1 mm. . . . .22.1 Output Data, Sample Rates and Dynamic Ranges of all Three Products . . .22.1.1 MMA8451Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22.1.2 MMA8452Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22.1.3 MMA8453Q Note: No HPF Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3.0 Configuring the MMA8451, 2, 3Q into Auto-Wake/Sleep Mode . . . . . . . .33.1 Set the Sleep Enable Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43.2 Set the Sleep Mode and Wake Mode Oversampling Mode. . . . . . . . . . . . . . .43.3 Configure the Sleep Sample Rate and Wake Sample Rate . . . . . . . . . . . . . .53.4 Set the Timeout Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53.5 Enable the Interrupts to be used in the System and Route to INT1 or INT2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63.6 Enable the Interrupt Sources that Wake the Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64.0 Example Configuration for the Auto-Wake/Sleep Function. . . . . . . . . . .7Table 14.Registers used for Auto-Wake/Sleep Functionality . . . . . . . . . . . . . . . .74.1 Example Procedure for Configuring the Auto-Wake/Sleep Function Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

飞思卡尔 智能车舵机控制

智能车的制作中,看经验来说,舵机的控制是个关键.相比驱动电机的调速,舵机的控制对于智能车的整体速度来说要重要的多. PID算法是个经典的算法,一定要将舵机的PID调好,这样来说即使不进行驱动电机的调速(匀速),也能跑出一个很好的成绩. 机械方面: 从我们的测试上来看,舵机的力矩比较大,完全足以驱动前轮的转向.因此舵机的相应速度就成了关键.怎么增加舵机的响应速度呢?更改舵机的电路?不行,组委会不允许.一个非常有效的办法是更改舵机连接件的长度.我们来看看示意图: 从上图我们能看到,当舵机转动时,左右轮子就发生偏转.很明显,连接件长度增加,就会使舵机转动更小的转角而达到同样的效果.舵机的特点是转动一定的角度需要一定的时间.不如说(只是比喻,没有数据),舵机转动10度需要2ms,那么要使轮子转动同样的角度,增长连接件后就只需要转动5度,那么时间是1ms,就能反应更快了.据经验,这个舵机的连接件还有必要修改.大约增长0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了两个舵机分别控制两个轮子.想法很好.但今年不允许使用了.

接下来就是软件上面的问题了. 这里的软件问题不单单是软件上的问题,因为我们要牵涉到传感器的布局问题.其实,没有人说自己的传感器布局是最好的,但是肯定有最适合你的算法的.比如说,常规的传感器布局是如下图: 这里好像说到了传感器,我们只是略微的一提.上图只是个示意图,意思就是在中心的地方传感器比较的密集,在两边的地方传感器比较的稀疏.这样做是有好处的,大家看车辆在行驶到转弯处的情况: 相信看到这里，大家应该是一目了然了，在转弯的时候，车是偏离跑道的，所以两边比较稀疏还是比较科学的，关于这个，我们将在传感器中在仔细讨论。 在说到接下来的舵机的控制问题，方法比较的多，有人是根据传感器的状态,运用查表法差出舵机应该的转角,这个做法简单,而且具有较好的滤波"效果",能够将错误的传感器状态滤掉;还有人根据计算出来的传感器的中心点(比

飞思卡尔智能车竞赛光电组技术报告

第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告 学校：中北大学 伍名称：ARES 赛队员：贺彦兴 王志强 雷鸿 队教师：闫晓燕甄国涌

关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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：2014-09-15日

摘要 本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang 算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅 助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。

目录 1绪论 (1) 1.1 竞赛背景 (1) 1.2国内外智能车辆发展状况 (1) 1.3 智能车大赛简介 (2) 1.4 第九届比赛规则简介 (2) 2智能车系统设计总述 (2) 2.1机械系统概述 (3) 2.2硬件系统概述 (5) 2.3软件系统概述 (6) 3智能车机械系统设计 (7) 3.1智能车的整体结构 (7) 3.2前轮定位 (7) 3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8) 3.4传感器的安装 (8) 4智能车硬件系统设计 (8) 4.1XS128芯片介绍 (8) 4.2传感器板设计 (8) 4.2.1电磁传感器方案选择 (8) 4.2.2电源管理模 (9) 4.2.3电机驱动模块 (10) 4.2.4编码器 (11) 5智能车软件系统设 (11) 5.1程序概述 (11) 5.2采集传感器信息及处理 (11) 5.3计算赛道信息 (13) 5.4转向控制策略 (17) 5.5速度控制策略 (19) 6总结 (19)

飞思卡尔传感器

飞思卡尔传感器 飞思卡尔传感器 motorola/freescale氣壓傳感器 MPX10D MPX10DP MPX10GP MPX10GS MPXV10GC6U MPXV10GC7U MPX12D MPX12DP MPX12GP MPX2010D MPX2010DP MPX2010GP MPXT2010G7U MPX2050D MPX2050DP MPX2050GP MPX2050GVP MPX2050GS MPX2050GSX MPX2050GVSX MPX2053D MPX2053DP MPX2053GP MPX2100A MPX2100DP MPX2100AP MPX2100AS MPX2100ASX MPX2102A MPX2102D MPX2102DP MPX2102AP MPX2102GP MPX2102GVP MPX2200A MPX2200D MPX2200DP MPX2200AP MPX2200GP MPX2200A MPX2200D MPX2200DP MP2200AP MPX2200GP MPX21002A MPX2102D MPX2102DP MPX2102AP MPX2102GP MPX2102GVP MPX2200A MPX2200D MPX2200DP MPX2200AP MPX2200GP MPX2201GP MPX2300DT1 MPX4080D MPX4100A MPXA4100A6U MPX4100AP MPXA4100A6U MPX4100AS MPX4101A MPXA4101AC6U MPX4105A MPX4115A MPXA4115A6U MPX4115AP MPXA4115AC6U MPX4115AS MPX4200A MPX4200AP MPX4200SA MPX4200ASX MPX4250A MPX4250AP MPX4250A6U MPXA4250A6T1 MPXA4250AC6U MPXA4250AC6T1 MPX4250D MPX4250GP MPX4250DP MPX5010D MPX5010DP MPX5010GP MPX5010GS MPX5010GSX MPXV5010G6U MPXV5010G7U MPXV5010GC6U/T1 MPXV5010GC7U MPX5050D MPX5050DP MPX5050GP MPX5100A MPX5100D MPX5100DP MPX5100AP MPX5100GP MPX5100GVP MPX5100AS MPX5100GS MPX5100GVS MPX5100ASX MPX5100GSX MPX5100GVSX MPX53D MPX53GP MPX5500D MPX5500DP MPX5700D MPX5700A MPX5700DP MPX5700GP MPX5700AP MPX5700GS MPX5700AS MPX5999D 飞思卡尔传感器 MPXA6115A6U MPXA6115AC6U MPXA6115A MPXA6115A6T1 MPXA6115AC6T1 MPXAZ4100A6U MPXAZ4100A MPXAZ4100A6T1 MPXAZ4100AC6U MPXAZ4100AC6T1 MPXAZ4115A6U MPXZ4115A MPXAZ4115A6T1 MPXAX4115AC6U MPXAZ4115AC6T1 MPXC2011DT1 MPXM2010D MPXM2010DT1 MPXM2010GS MPXM2010GST1 MPXM2053D MPXM2053DT1 MPXM2053GS MPXM2053GST1 MPXV4006GC6U MPXV4006G6U MPXV4115V6U MPXV4115V6T1 MPXV4115VC6U MPXV5004GC6U/T1 MPXV5004G6U/T1 MPXV5004GC7U MPXV5004G7U MPXY8010 MPXY8020 MPXY8030 MPXY8040 MMA6200xxQ 低重力加速度（low-g）傳感器 MPXA6115A 高溫精確集成壓力傳感器MPXAZ6115A 耐抗高溫壓力傳感器MPXH6115A 高溫精確集成壓力傳感器

飞思卡尔杯智能车竞赛报告总结

1.1. 系统分析 智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车，最后成绩取决于单圈最快时间。因此智能车主要由三大系统组成：检测系统，控制系统，执行系统。其中检测系统用于检测道路信息及小车的运行状况。控制系统采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12XS128作为主控芯片，根据检测系统反馈的信息新局决定各控制量——速度与转角,执行系统根据单片机的命令控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程如图1.1，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由执行系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。 图2.1 1.2. 系统设计 参赛小车将电感采集到的电压信号,经滤波,整流后输入到XS128单片机，用光电编码器获得实时车速，反馈到单片机，实现完全闭环控制。速度电机采用模糊控制，舵机采用PD控制，具体的参数由多次调试中获得。考滤到小车设计的综合性很强，涵盖了控制、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科领域，因此我们采用了模块化设计方法，小车的系统框图如图2.2。

第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 图2.2 1.3. 整车外观 图2.3

1.4. 赛车的基本参数 智能车竞赛所使用的车模是东莞市博思公司生产的G768型车模，由大赛组委会统一提供，是一款带有摩擦式差速器后轮驱动的电动模型车。车模外观如图3.1。车模基本参数如表3.1。 图3.1 表3.1车模基本参数 1.5. 赛车前轮定位参数的选定

第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。模型车的前轮定位参数都允许作适当调整，故此我们将自身专业课所学的理论知识与实际调车中的赛车状况相结合，最终得出赛车匹配后的前轮参数[6]。 1.5.1. 主销后倾角 主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角γ，如图3-2。模型车的主销后倾角可以设置为0、 2°?3°、 4°?6°，可以通过改变上横臂轴上的黄色垫片来调整，一共有四个垫片，前二后二时为0°，前一后三为2°?3°，四个全装后面时为4°?6°。 由于主销后倾角过大时会引起转向沉重，又因为比赛所用舵机特性偏软，所以不宜采用大的主销后倾角，以接近0°为好，即垫片宜安装采用前二后二的方式，以便增加其转向的灵活性。如图3.3。 图3.2 图3.3 1.5. 2. 主销内倾角 主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角β，如图3.4,它的作用也是使前轮自动回正。对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于前轴与主销近似垂直的关系，故主销内倾角

飞思卡尔智能车各模块原理及元器件

飞思卡尔智能车各模块原理及元器件 在准备比赛的过程中，我们小组成员经过分析讨论，对智能车各模块的元器件使用方面做如下说明： 1、传感器模块： 路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，目前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器。 光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限；CCD 摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处理和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之一。在比较了两种传感器优劣之后，考虑到CCD传感器图像处理的困难后，决定选用应用广泛的光电传感器，相信通过选用大前瞻的光电传感器，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，光电传感器还是可以极好的控制效果的，我们使用11个TK-20型号的光电传感器。 2、驱动模块： 驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。电机驱动电路可以用MC33886驱动芯片或者用MOS管搭建H桥驱动电路。 MC33886体积小巧，使用简单，但由于是贴片的封装，散热面积比较小，长时间大电流工作时，温升较高，如果长时间工作必须外加散热器，而且MC33886的工作内阻比较大，又有高温保护回路，使用不方便。采用MOS管构成的H桥电路，控制直流电机紧急制动。用单片机控制MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于MOS管工作在饱和截止状态，而且还可以选择内阻很小的MOS管，所以效率可以非常高，并且H桥电路可以快速实现转速和方向控制。MOS管开关速度高，所以非常适合采用PWM调制技术。所以我们选择了用MOS管搭建H桥驱动电路。 3、电源模块： 比赛使用智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 供电，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，伺服电机工作电压范围4V到6V（为提高伺服电机响应速度，采用7.2V 供电），直流电机可以使用7.2V 蓄电池直接供电，我们采用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596）两大类。对于单片机，选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。 4、测速模块： 为了使得模型车能够平稳地沿着赛道运行，除了控制前轮转向舵机以外，还需要控制车速，使模型车在急转弯时速度不要过快而冲出跑道，在直道上以较快的速度行驶。器件有霍尔传感器和光电编码器。 霍尔传感器是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。我们需使用一个光电编码器。 小组成员：程辉章俊孙耀龙

飞思卡尔智能车比赛个人经验总结

先静下心来看几篇技术报告，可以是几个人一起看，边看边讨论，大致了解智能车制作的过程及所要完成的任务。 看完报告之后，对智能车也有了大概的了解，其实总结起来，要完成的任务也很简单，即输入模块——控制——输出。 （1）输入模块：各种传感器（光电，电磁，摄像头），原理不同，但功能都一样，都是用来采集赛道的信息。这里面就包含各种传感器的原理，选用，传感器电路的连接，还有传感器的安装、传感器的抗干扰等等需要大家去解决的问题。 （2）控制模块：传感器得到了我们想要的信息，进行相应的AD转换后，就把它输入到单片机中，单片机负责对信息的处理，如除噪，筛选合适的点等等，然后对不同的赛道信息做出相应的控制，这也是智能车制作过程中最为艰难的过程，要想出一个可行而又高效的算法，确实不是一件容易的事。这里面就涉及到单片机的知识、C语言知识和一定的控制算法，有时为了更直观地动态控制，还得加入串口发送和接收程序等等。 （3）输出模块：好的算法，只有通过实验证明才能算是真正的好算法。经过分析控制，单片机做出了相应的判断，就得把控制信号输出给电机（控制速度）和舵机（控制方向），所以就得对电机和舵机模块进行学习和掌握，还有实现精确有效地控制，又得加入闭环控制，PID算法。 明确了任务后，也有了较为清晰的控制思路，接下来就着手弄懂每一个模块。虽然看似简单，但实现起来非常得不容易，这里面要求掌握电路的知识，基本的机械硬件结构知识和单片机、编程等计算机知识。最最困难的是，在做的过程中会遇到很多想得到以及想不到的事情发生，一定得细心地发现问题，并想办法解决这些问题。 兴趣是首要的，除此之外，一定要花充足的时间和精力在上面，毕竟，有付出就会有收获，最后要明确分工和规划好进度。

飞思卡尔智能车设计报告

飞思卡尔智能车设计报告

目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.系统整体功能模块 (3) 4.电源模块设计 (4) 5.驱动电路设计 (4) 6.干簧管设计 (5) 7.传感器模块设计 (6) 8.传感器布局 (6) 9.软件设计 (7) 9.1控制算法 (7) 9.2软件系统实现（流程图） (10) 10.总结 (11) 11.参考文献 (12)

1.摘要 “飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。 本文介绍了飞思卡尔电磁组智能车系统。本智能车系统是以飞思卡尔32 位单片机K60为核心，用电感检测赛道导线激发的电磁信号， AD 采样获得当前传感器在赛道上的位置信息，通过控制舵机来改变车的转向，用增量式PID进行电机控制，用编码器来检测小车的速度，共同完成智能车的控制。 2.关键字 电磁、k60、AD、PID、电机、舵机 3.系统整体功能模块 系统整体功能结构图

4.电源模块设计 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 全部硬件电路的电源由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。 电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各模块的工作电压都需要经电源管理芯片来实现。 由于智能车使用7.2V镍镉电池供电，在小车行进过程中电池电压会有所下降，故使用低压差电源管理芯片LM2940。LM2940是一款低压稳压芯片，能提供5V的固定电压输出。LM2940低压差稳压芯片克服了早期稳压芯片的缺点。与其它的稳压芯片一样，LM2940需要外接一个输出电容来保持输出的稳定性。出于稳定性考虑，需要在稳压输出端和地之间接一个47uF低等效电阻的电容器。 舵机的工作电压是6伏，采用的是LM7806。 K60单片机和5110液晶显示器需要3.3伏供电，采用的是LM1117。 5.驱动电路设计 驱动电路采用英飞凌的BTS7960，通态电阻只有16mΩ，驱动电流可达43A，具有过压、过流、过温保护功能，输入PWM频率可达到25KHz，电源电压5.5V--27.5V。BTS7960是半桥驱动，实际使用中要求电机可以正反转，故使用两片接成全桥驱动。如图下图所示。