北京科技大學(xué)二隊(duì)技術(shù)報(bào)告

第一屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告學(xué)校北京科技大學(xué)隊(duì)伍名稱北京科技大學(xué)二隊(duì)參賽隊(duì)員林進(jìn)鵬陳曦尚曉明帶隊(duì)教師牟世堂關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第一屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中。參賽隊(duì)員簽名帶隊(duì)教師簽名引言首屆“飛思卡爾“杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽在清華大學(xué)的承辦下終于落戶中國(guó)，本屆大賽采用邀請(qǐng)賽的方式，邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)具有控制科學(xué)與工程學(xué)科博士授予點(diǎn)高校（含港澳）50余所，我們北京科技大學(xué)作為參賽方，有幸參加了此次“飛思卡爾智能汽車邀請(qǐng)賽”。這份技術(shù)報(bào)告中，我們小組通過對(duì)整體方案、電路、算法、調(diào)試、車輛參數(shù)的介紹，詳盡地闡述了我們的思想和創(chuàng)意，具體表現(xiàn)在電路的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以及算法方面的獨(dú)特想法，而對(duì)單片機(jī)具體參數(shù)的調(diào)試也讓我們付出了艱辛的勞動(dòng)。這份報(bào)告凝聚著我們的心血和智慧，是我們共同努力后的成果。在準(zhǔn)備比賽的過程中，我們小組成員涉獵控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科，這次磨練對(duì)我們的知識(shí)融合和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)有極大的推動(dòng)作用，在此首先要感謝清華大學(xué)，感謝他們將這項(xiàng)很有意義的科技競(jìng)賽引入中國(guó)；更要感謝北京科技大學(xué)相關(guān)學(xué)院對(duì)此次比賽的關(guān)注及投入，我們能有今天這樣的成果離不開學(xué)院的大力支持及指導(dǎo)老師悉心的教導(dǎo)；還要感謝的是和我們一起協(xié)作的隊(duì)員們，協(xié)助，互促，共勉使我們能夠走到今天。目錄引言1目錄2第一章、智能車方案設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)介411方案設(shè)計(jì)思路412實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)介5第二章、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)721傳感器的設(shè)計(jì)安裝822制動(dòng)舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)824系統(tǒng)電路板的固定及連接9第三章、電路設(shè)計(jì)說明1031主控板的設(shè)計(jì)10311電源管理模塊10312電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊11313控制模塊11314接口模塊1232傳感器模塊13321帶有選頻抗干擾能力的光電對(duì)管傳感器13322采用A/D轉(zhuǎn)換的光電對(duì)管傳感器14第四章、HCS12控制軟件主要理論、算法說明及代碼設(shè)計(jì)說明1541主程序1642各種初始化程序1743PID調(diào)節(jié)程序1744尋線算法程序2045程序調(diào)試與車況參數(shù)檢測(cè)方法（使用EEPROM）22第五章、開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程說明2351開發(fā)工具2352調(diào)試過程23第六章、模型車的主要技術(shù)參數(shù)說明2461智能車外形參數(shù)2462電路部分參數(shù)2463傳感器的種類和個(gè)數(shù)2464除了車模原有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)之外伺服電機(jī)數(shù)量24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26附錄27第一章、智能車方案設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)介11方案設(shè)計(jì)思路圖11、系統(tǒng)的總體控制框圖電機(jī)與后輪光電編碼器驅(qū)動(dòng)電路伺服電機(jī)前輪鍵盤傳感器S12本智能車控制系統(tǒng)采用由主辦方提供的飛思卡爾16位微控制器MC9S12DG128作為唯一的核心控制單元，信號(hào)由安裝在車前部的不同類型的光電傳感器采集，將采集到的模擬信號(hào)或電平信號(hào)傳入核心控制單元，核心控制單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換或電平判別處理后，由PWM發(fā)生模塊發(fā)出四路PWM波，分別對(duì)轉(zhuǎn)向舵機(jī)，直流電機(jī)，制動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行控制，完成智能車的轉(zhuǎn)向，前進(jìn)，制動(dòng)的功能。在智能車后輪上安有光電編碼器，采集關(guān)于車輪轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào),經(jīng)由核心控制單元進(jìn)行增量式PID控制方法計(jì)算后自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的PWM波的占空比，從而控制小車速度。人機(jī)接口采用HD7279A數(shù)碼管和鍵盤驅(qū)動(dòng)顯示芯片驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管和44鍵盤，從而可與核心控制單元進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。12實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)介傳感器排布方面智能小車在行駛過程中，使用車頭前端安裝的十一個(gè)光電傳感器采集路面信息，反饋給核心控制單元，由核心控制單元進(jìn)行處理。根據(jù)小車實(shí)際行駛中對(duì)黑線反應(yīng)的情況，我們經(jīng)過仔細(xì)的研究討論，決定采用十一個(gè)傳感器圓弧的排布方案。其優(yōu)勢(shì)所在如下A11個(gè)傳感器可以準(zhǔn)確的判斷出黑線在車前的位置；B圓弧型排布的小車在走彎道時(shí)在對(duì)黑線的方向判斷方面有顯著的優(yōu)勢(shì)；C美觀大方。傳感器信號(hào)的采集時(shí)，外側(cè)我們采用了8路AD轉(zhuǎn)換，將返回的電壓值在核心控制器里進(jìn)行二值化處理，判別傳感器狀態(tài)；中間3個(gè)傳感器經(jīng)過處理返回3路高低電平值，核心控制器可直接處理。我們?cè)谂艿郎险{(diào)試小車時(shí)發(fā)現(xiàn)采用十一個(gè)傳感器圓弧的排布方案可以極大的提高尋線精度，直線時(shí)平穩(wěn)高速，轉(zhuǎn)彎時(shí)平緩流暢，可以保證小車不沖出跑道。速度控制方面我們采用光電編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)輪后輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，將反饋值提供給核心控制單元。核心控制單元根據(jù)光電編碼器單位時(shí)間反饋的脈沖數(shù)，采用增量式PID調(diào)節(jié)控制方法，對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確快速的調(diào)節(jié)，減小了由于電池或場(chǎng)地等原因造成的速度無規(guī)則變化。轉(zhuǎn)向控制方面我們采用了一系列的控制算法，通過傳感器反饋的路面信息，經(jīng)過核心控制單元調(diào)用一系列算法進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果賦給控制舵機(jī)的PWMDTYX，從而準(zhǔn)確的控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角。人機(jī)交互方面我們采用了HD7279A鍵盤數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示接口芯片，通過串行通信的方式于核心控制單元進(jìn)行通信，可以通過鍵盤輸入一些必要的參數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)小車行駛過程中的一些參數(shù)的顯示。第二章、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在本次智能車邀請(qǐng)賽中，最主要的比賽內(nèi)容是速度，而車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)無疑是影響速度的一個(gè)關(guān)鍵因素，鑒于這個(gè)原因，我們小組在車輛機(jī)械方面的改進(jìn)也作了很多的工作，并形成了下圖所示的最后外形。圖21外觀俯視圖我們?cè)诟脑臁⒄{(diào)試機(jī)械部分的過程中，遵循著四個(gè)原則車身更輕、摩擦更小、轉(zhuǎn)向更靈、變速更快。為實(shí)現(xiàn)這四個(gè)目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的機(jī)構(gòu)。21傳感器的設(shè)計(jì)安裝為了實(shí)現(xiàn)減輕車身重量的目標(biāo)，我們的傳感器采用工作部分和控制部分集中安裝的方法，保證傳感器部分重量最小，以起到減輕車身的作用。同時(shí)，考慮到車輛行駛過程的穩(wěn)定，我們采用11個(gè)傳感器圓弧形的排布方法。中間的傳感器向前伸出，保證有足夠的前瞻性，兩邊的傳感器以固定角度呈圓弧狀排列，可以給單片機(jī)反饋回準(zhǔn)確角度，提高舵機(jī)轉(zhuǎn)向的靈活性和準(zhǔn)確性。如何安裝傳感器也是機(jī)械機(jī)構(gòu)要考慮的一個(gè)問題，因?yàn)槿绻麄鞲衅麟x車太近，則前瞻性會(huì)受到很大影響；而傳感器若離車太遠(yuǎn)，機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定，行走過程中產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)影響傳感器的工作狀態(tài)，無法保證穩(wěn)定、準(zhǔn)確的信號(hào)反饋。綜合考慮以上因素，我們通過實(shí)驗(yàn)確定了安裝距離和方法。22制動(dòng)舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為了縮短跑完全程的時(shí)間，我們需要盡可能快的速度，但是如果速度失控，當(dāng)車輛從直道進(jìn)入曲率較大的彎道時(shí)，就有沖出賽道的危險(xiǎn)，除了在程序上我們做了限制以外，機(jī)構(gòu)上采用了加裝制動(dòng)伺服電機(jī)的方式保證車輛行駛的安全。圖22制動(dòng)舵機(jī)示意圖223光電編碼器的安裝在本次智能車邀請(qǐng)賽的規(guī)則中，賽道長(zhǎng)度、形狀有嚴(yán)格的限制，而為了更快的跑完全程，我們希望能盡量提高車速，這樣在彎道前及時(shí)減速就成了我們必須考慮的問題。通過安裝光電編碼器，我們能夠知道車在每個(gè)時(shí)刻的速度，根據(jù)它的反饋，程序就可以迅速調(diào)整車速。24系統(tǒng)電路板的固定及連接在電路板的安裝這部分，我們考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以及規(guī)則中對(duì)車輛尺寸的限制，最終決定采用高架、立體的搭接方法，用支架把主控板較高地固定在底盤上方，并在后橋制動(dòng)舵機(jī)的上面安放了一個(gè)輸入?yún)?shù)用的小鍵盤，這種布局可以保證車輛行駛穩(wěn)定，同時(shí)，也可以比較方便的輸入?yún)?shù)。第三章、電路設(shè)計(jì)說明本智能車系統(tǒng)的電路總體上分為邏輯控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩大部分。邏輯控制電路主要由核心控制器S12單片機(jī)和周圍的尋線傳感器，測(cè)速傳感器組成。其對(duì)電壓的穩(wěn)定性有很高的要求；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路要求的電流相對(duì)比較大，因此，二者在電路設(shè)計(jì)方面有很大的差別。硬件設(shè)計(jì)應(yīng)在可靠的基礎(chǔ)上盡量簡(jiǎn)單化，使其滿足穩(wěn)定工作的基本要求，電源管理模塊要保證使整個(gè)系統(tǒng)供電充足并穩(wěn)定；傳感器部分保證信息采集準(zhǔn)確有效；電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分則需在保證正常工作的情況下盡量減少對(duì)控制部分的干擾。同時(shí)還要保證在控制軟件做改動(dòng)時(shí)，硬件部分不需要作很大的改動(dòng)就可以滿足要求，即我們硬件的通用性。31主控板的設(shè)計(jì)311電源管理模塊圖31電源管理模塊原理圖電源由72V電池提供，分別經(jīng)過以下途經(jīng)對(duì)其它模塊進(jìn)行供電A、經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM2940_50穩(wěn)壓后，輸出5V電壓以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作；B、經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM2940_50穩(wěn)壓后，輸出5V電壓以對(duì)傳感器供電；C、經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM2940_50穩(wěn)壓后，輸出5V電壓對(duì)光碼盤供電；D、經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM2940_50穩(wěn)壓后，輸出5V電壓對(duì)鍵盤顯示接口電路供電；E、接入MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊，以對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；F、接入轉(zhuǎn)向舵機(jī)與制動(dòng)舵機(jī)，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向及制動(dòng)工作。312電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖32直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用大功率的MOSFET和繼電器的組成驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)通過如圖32中PWM引腳輸入PWM波，以調(diào)節(jié)M1和M2口的輸出電壓之差，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且在DIR_CONTROL口輸入高低電平，通過使繼電器換向，給電機(jī)反向電壓，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)使用反向電壓制動(dòng)，效果良好，但是對(duì)繼電器的損耗比較大。313控制模塊核心控制模塊僅由MC9S12DG128B構(gòu)成,將PORTA口與PORTB口作為普通信號(hào)的輸入和輸出，在實(shí)際中我們將PORTB口作為輸入高低電平信號(hào)的光電傳感器的信號(hào)輸入口，而將AD口作為輸入模擬信號(hào)的對(duì)管光電傳感器的信號(hào)輸入口。將PM口作為鍵盤顯示電路的接口。引出PWM7和PWM5作為控制電機(jī)與舵機(jī)的PWM波輸出口，PWM1、PWM3作為制動(dòng)電機(jī)的接口。圖33控制模塊原理圖314接口模塊圖34接口模塊原理圖接口模塊的作用即外部設(shè)備單片機(jī)的接口，分別有電機(jī)接口，轉(zhuǎn)向舵機(jī)接口，制動(dòng)舵機(jī)接口，光電編碼器接口，鍵盤顯示模塊接口，電源接口。32傳感器模塊作為智能車的“眼睛”，光電傳感器感知地面情況的能力對(duì)小車行駛狀態(tài)的影響很大，經(jīng)過多次摸索、試驗(yàn)，我們終于設(shè)計(jì)出一套高效，可行的方案。我們采用兩種傳感器感知地面的情況一種是采用帶有選頻能力的輸入高低電平的傳感器，另一種是輸出模擬電壓的光電對(duì)管的傳感器。這樣做的原因是帶有選頻能力抗干擾較好的傳感器相對(duì)于返回模擬量的傳感器消耗能量比較大，在這樣一個(gè)電量有限的情況下，盡量減小不必要的功耗是相當(dāng)必要的。這款單片機(jī)擁有8路的AD轉(zhuǎn)換口，我們使用了8路的簡(jiǎn)單對(duì)管電路返回8路模擬電壓，使用單片機(jī)本身的A/D轉(zhuǎn)換功能模塊進(jìn)行信號(hào)處理，再設(shè)定門限比較電平，將采集道的模擬信號(hào)進(jìn)行二值化處理，從而判別黑線的位置。這樣既做到了判別黑線，又達(dá)到了省電的目的。321帶有選頻抗干擾能力的光電對(duì)管傳感器傳感器電路如圖36所示，在一個(gè)高頻信號(hào)發(fā)生器的作用下，產(chǎn)生一路高低頻交變的信號(hào)電流，然后通過一個(gè)三極管放大后供給兩路LED燈發(fā)光，并用兩個(gè)電位器分別控制LED燈的光強(qiáng)，最后用一個(gè)與信號(hào)發(fā)生器頻率同步的接收管接收光信號(hào)，并反饋給單片機(jī)。在回路中，我們還添加了另一路LED發(fā)光二極管，用來實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的工作情況。實(shí)際使用過程中，這種傳感器對(duì)地面適應(yīng)能力強(qiáng)，在一定程度上對(duì)外來的干擾光有較強(qiáng)的抗干擾能力。圖35傳感器電路原理圖這種傳感器定位能力強(qiáng)，在小車行駛過程中被用作夾住黑直線，由于它比較靈敏，當(dāng)車稍稍偏離直線時(shí)，傳感器可以快速將狀態(tài)返回給單片機(jī)，以使單片機(jī)作出及時(shí)的反應(yīng)，較快的調(diào)正小車行駛方向。322采用A/D轉(zhuǎn)換的光電對(duì)管傳感器傳感器電路如圖37所示，發(fā)射部分是由高亮的紅色發(fā)光二極管和限流電阻串連組成，接收部分是由接收管和一個(gè)可調(diào)電阻組成，并配合有一個(gè)電容平滑輸出，減小外界突然出現(xiàn)的強(qiáng)光干擾。這種傳感器功耗比較小，電路簡(jiǎn)單，不易出現(xiàn)復(fù)雜問題。圖36傳感器電路原理圖第四章、HCS12控制軟件主要理論、算法說明及代碼設(shè)計(jì)說明智能小車的控制軟件采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)程序主要包括一個(gè)主體循環(huán)程序，增量式PID速度控制程序，中斷服務(wù)程序，尋線控制算法程序，速度控制算法程序以及其他一些控制程序。涉及到的單片機(jī)硬件資源如表41所示。表41控制模塊說明程序?qū)崿F(xiàn)的功能使用的模塊電機(jī)速度控制PWM發(fā)生模塊舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制PWM發(fā)生模塊PID反饋脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)器模塊，脈沖累加器傳感器模擬電壓處理A/D轉(zhuǎn)換模塊人機(jī)交互SCI串口通信光電傳感器信號(hào)處理普通I/O端口調(diào)試信息記錄EETS2K模塊41主程序圖41主程序流程圖流程圖如圖41所示。系統(tǒng)首先對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行初始化，然后選擇進(jìn)入?yún)?shù)修改程序。參數(shù)設(shè)定完畢之后打開中斷，最后循環(huán)執(zhí)行位置速度控制程序。42各種初始化程序包括端口初始化函數(shù)，PID初始化函數(shù)，四路PWM發(fā)生初始化函數(shù)，計(jì)數(shù)器中斷初始化函數(shù)，人機(jī)接口模塊初始化函數(shù),如圖42。圖42各模塊初始化流程圖43PID調(diào)節(jié)程序在連續(xù)控制系統(tǒng)中，按偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器獲得了廣的應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)I/O口初始化三路PWM初始化A/D模塊初始化計(jì)數(shù)器初始化人機(jī)接口初始化輸入?yún)?shù)，進(jìn)主程序于那些控制模型不準(zhǔn)，參數(shù)變化較大的被控對(duì)象，采用PID控制器往往能得到滿意的控制效果。用計(jì)算機(jī)算法來代替模擬式PID控制的數(shù)字PID控制算法不斷改進(jìn)和完善，顯著地?cái)U(kuò)展了它的功能。本例采用增量式數(shù)字PID程序以PWM方式來對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。增量式數(shù)字PID調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。其中KP為比例常數(shù)，TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期。公式1公式2對(duì)位置式算式加以變換，可以得到PID調(diào)節(jié)算法的另一種實(shí)用形式（增量算式）公式3，,可以得到一個(gè)方程，這個(gè)方程，經(jīng)常用來PKAIPTB1KCDP在計(jì)算機(jī)上做邏輯運(yùn)算。這種算法用來控制步進(jìn)電機(jī)特別方便，對(duì)直流電機(jī)的控制也可以采用。如圖43為增量式PID控制算法程序框圖。ERSNSONUMBTRIGH120ZAZEUDTKATADPDIP21021211NNDNINPNNEETEU圖43增量式數(shù)字PID控制程序流程圖開始計(jì)算控制參數(shù)A，B，C設(shè)初值EK1EK20本次采樣輸入CK計(jì)算偏差值EKRCK計(jì)算控制量UKAEKBEK1CEK2碼盤計(jì)算控制量UKAEKBEK1CEK2輸出UKUK1為下一時(shí)刻作準(zhǔn)備EK1EK2，EK1采樣時(shí)刻到嗎被控對(duì)象電機(jī)YN本車采用增量式PID算法的具體流程圖如圖44所示。圖44PID算法流程圖44尋線算法程序?qū)ぞ€算法程序是由一套基于求重心的算法演變而來的，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)傳感器返回的狀態(tài)值，得到車的重心偏離黑線的程度。通過一定的計(jì)算方法，計(jì)算出舵機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)的角度，并且在一定程度上擁有抗拒微小干擾的能力。具體算法如下介紹。A將每個(gè)傳感器進(jìn)行加權(quán)處理，如圖45所示。程序入口偏差計(jì)算設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)增量式速度PID計(jì)算是否超過最大值輸出最大值是否低于最小值輸出最小值返回驅(qū)動(dòng)電機(jī)占空比是否否是圖45傳感器取值分配圖B當(dāng)傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)相應(yīng)的傳感器返回所在的權(quán)值，并計(jì)算偏離程度。其計(jì)算公式為DEPARTURE公式3ERSNSONUMBTRIGH圖46傳感器工作示意圖例如圖46所示，左側(cè)權(quán)值為6和8的傳感器在黑線上，此時(shí)計(jì)算偏離的程度為DEPARTURE86/27即此時(shí)車偏離的重度為7。C偏離程度和舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度所對(duì)應(yīng)的PWM脈寬建立模型，擬合二者的函數(shù)關(guān)系曲線。在這里我們認(rèn)為舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是和PWM脈寬成線性的正比關(guān)系，因此作出一次函數(shù)來唯一的確定舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是和脈寬的PWM關(guān)系。我們建立的一次函數(shù)方程為TURNANGLEPWMMIDDLEDEPARTREPWMHARF/10公式4其中TURNANGLE為舵機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)的角度10864202468101086420246810PWMMIDDLE為車輪擺正是舵機(jī)PWM脈寬應(yīng)賦的PWMDTYX的值DEPARTURE為由傳感器狀態(tài)求得的偏離程度PWMHALF為舵機(jī)由中心擺到車輪允許的最大值PWMDTYX的變化值由此，我們求出了在不同的傳感器狀態(tài)下舵機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)的角度。45程序調(diào)試與車況參數(shù)檢測(cè)方法（使用EEPROM）1為了準(zhǔn)確的得到小車在行駛中的最大值，我們使用EEPROM來記錄小車在行駛過程中的最大值和當(dāng)時(shí)的傳感器狀態(tài)。2在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的調(diào)試時(shí)，我們不但用到了鍵盤實(shí)時(shí)觀察A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，還使用EEPROM來記錄A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果值。3在小車沖出賽道的實(shí)驗(yàn)中，我們使用EEPROM來記錄沖出賽道時(shí)的速度和當(dāng)時(shí)的傳感器狀態(tài)。第五章、開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程說明51開發(fā)工具程序的開發(fā)是在組委會(huì)提供的CODEWARRIORIDE下進(jìn)行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。CODEWARRIORFORS12是面向以HC1和S12為CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開發(fā)軟件包。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。52調(diào)試過程我們使用的單片機(jī)的FLASH中預(yù)先下載了監(jiān)控程序，由CODEWARRIOR生成的可執(zhí)行文件就是在這個(gè)監(jiān)控程序的引導(dǎo)下，由計(jì)算機(jī)的串口下載到單片機(jī)的FLASH中的。因?yàn)檫@種方法既方便快捷又安全可靠，所以我們選用了這種方法而放棄了用S12特有的BDM方法進(jìn)行程序的調(diào)試。具體的操作方法如下從MC9SDG128開發(fā)板開始，將RS232232串口線接到PC的串口COM1上。使用WINDOWS下的超級(jí)終端通信軟件執(zhí)行“開始”|“程序”|“附件”|“通信”|“超級(jí)終端”命令。將COM1設(shè)置成9600波特率，8位、無效驗(yàn)位，1個(gè)停止位，不使用硬件流量控制。插上5V電源，按開發(fā)板上的復(fù)位按鈕，在PC的超級(jí)終端上就會(huì)顯示提示信息。在超級(jí)終端內(nèi)鍵入E擦除單片機(jī)的FLASH，然后鍵入F將S19文件下載到單片機(jī)的FLASH內(nèi)。這樣，我們編寫的程序就能在單片機(jī)中運(yùn)行了。需要說明的是，開機(jī)后4秒鐘后才會(huì)自動(dòng)運(yùn)行用戶程序。第六章、模型車的主要技術(shù)參數(shù)說明61智能車外形參數(shù)車長(zhǎng)39CM車寬20CM車高98CM車重1456KG62電路部分參數(shù)我們小組所改造的智能車采用一塊比賽標(biāo)準(zhǔn)72V電池供電，電路中共有17個(gè)電容，容量總計(jì)95366法。當(dāng)模型車全功率開動(dòng)時(shí)，功耗約為50W。63傳感器的種類和個(gè)數(shù)本車的傳感器部分由兩種傳感器構(gòu)成帶有選頻能力的傳感器可以在一定程度上抗干擾（共3個(gè)）,沒有選頻能力，使用的AD轉(zhuǎn)換方式的傳感器共8個(gè)。64除了車模原有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)之外伺服電機(jī)數(shù)量除了車模原有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)之外使用了2個(gè)伺服電機(jī)。結(jié)論自我們組隊(duì)以來，每個(gè)成員都在課余時(shí)間盡自己最大的力量來解決問題優(yōu)化方案開拓創(chuàng)新，我們不僅把在課堂上所學(xué)的理論知識(shí)化為實(shí)際，還在需要的方面大量的學(xué)習(xí)了新的理論知識(shí)，開拓了視野的同時(shí)提高了綜合能力。這部小小的車子，從速度到轉(zhuǎn)角，從參數(shù)設(shè)置到程序編排，從每一個(gè)細(xì)小的齒輪螺絲到總體的車身設(shè)計(jì)，無處不閃爍著隊(duì)員們智慧的光彩我們?cè)诩夹g(shù)報(bào)告中詳細(xì)的介紹了這部車子從概念的誕生到成長(zhǎng)為一部成熟穩(wěn)定的作品的全過程，主要包括我們的設(shè)計(jì)思路和制作過程，還有在修改方案時(shí)對(duì)各種方法優(yōu)劣的對(duì)比取舍。經(jīng)過幾個(gè)月不懈的努力與反復(fù)計(jì)算試驗(yàn)，我們確定下了現(xiàn)在使用的傳感器的排布方案，電路方案以及機(jī)械方面的細(xì)節(jié)工作。這是從許多套方案中精心比較后選取組合的，具有穩(wěn)定高速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于二十號(hào)的比賽，我們有信心也有勇氣拿出我們的實(shí)力與各高校的選手們一決高下。取得好的成績(jī)固然是每個(gè)人最大的夢(mèng)想，可是更為寶貴的是我們?cè)谶@個(gè)過程中學(xué)到的知識(shí)，還有合理分工，團(tuán)結(jié)合作，激流勇進(jìn)的精神。這是我們大家共同努力的成果，成功將屬于我們每個(gè)人參考文獻(xiàn)1邵貝貝嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)LCOS第2版M北京清華大學(xué)出版社20042臧杰，閻巖汽車構(gòu)造M北京機(jī)械工業(yè)出版社M20053安鵬，馬偉S12單片機(jī)模塊應(yīng)用及程序調(diào)試J電子產(chǎn)品世界2006第211期1621634童詩(shī)白，華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京高等教育出版社20005沈長(zhǎng)生常用電子元器件使用一讀通M北京人民郵電出版社20046王厚樞傳感器原理M北京航空工業(yè)出版社19877劉光斌等單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾技術(shù)M北京人民郵電出版社20038宗光華機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)踐M北京北京航空航天大學(xué)出版社20049殷召生AVR單片機(jī)在直流伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M北京工業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)200210張偉等PROTELDXP高級(jí)應(yīng)用M北京人民郵電出版社200211司利增汽車防滑控制研究ABS與ASRM北京人民交通出版社2003附錄源程序MAINC/SMARTCARLABOFUSTBFILENAMEMAINCDESCRIPTIONTHEMAINFUNCTIONOFTHISPROJECTAUTHORCHENXIDATE20060729MODIFYDATEREMARKVERSION10/INCLUDE/COMMONDEFINESANDMACROS/INCLUDE/DERIVATIVEINFORMATION/INCLUDEINCLUDE“7279H“PRAGMALINK_INFODERIVATIVE“MC9S12DJ128B“/程序中使用到的宏定義/DEFINEDIR_GOPTM_PTM31/電機(jī)正轉(zhuǎn)DEFINEDIR_BACKPTM_PTM30/電機(jī)反轉(zhuǎn)DEFINELEFTBRAKEPWMDTY23130DEFINERIGHTBRAKEPWMDTY23175DEFINESTARTPWMDTY23154DEFINEMIDDLE300/AD二值化處理的門限值DEFINEPWM_TOTAL26/正中時(shí)的PWM與最偏是的PWM值的差DEFINEPWM_MIDDLE147/車正中時(shí)的PWMDTY67的植/傳感器位置定義/B口3個(gè)傳感器DEFINEMIDDLESTATEPORTB/B口最低3位輸入STATICUCHARUCSENSORSTATE/AD采集的傳感器狀態(tài)STATICUINTUIAD_RESULT8/AD轉(zhuǎn)換結(jié)果保存數(shù)組STATICUINTUIPULSESTATICUCHARUCDEPARTUREDEGREESTATICUCHARUCAD_PORT/AD口返回值STATICUINTUITURNANGLE/轉(zhuǎn)向舵機(jī)轉(zhuǎn)角STATICSIGNEDCHARSCDEPARTURE/有可能是小數(shù),包括正負(fù)STATICSIGNEDCHARSCLASTDEPARTURE/紀(jì)錄上一次偏離程度,有可能是小數(shù),包括正負(fù)STATICUCHARSUM/傳感器在黑線上的總個(gè)數(shù)STATICSIGNEDCHARTEMP/傳感器的總權(quán)重STATICUINTUIMAXSPEED/速度最大值STATICUINTUIMINSPEED/速度最小值STATICUCHARBRAKEFLAGSTATICUCHAROUTFLAG/傳感器在黑線上的標(biāo)志,最后三位XXXXXLEFTFLAGMIDDLEFLAGRIGHTFLAGSTATICUCHARLASTOUTFLAG/記錄上一個(gè)變量STATICUCHARTEMPPWMDTY67STATICUCHARABC/子函數(shù)定義/PID部分/定義PID參數(shù)DEFINEVV_KPVALUE3/比例DEFINEVV_KIVALUE40/積分DEFINEVV_KDVALUE3/微分DEFINEVV_MAX10000/返回的最大值,是PWM的周期值DEFINEVV_MIN0DEFINEVV_DEADLINE0X08/速度PID，設(shè)置死區(qū)范圍TYPEDEFSTRUCTPID/定義數(shù)法核心數(shù)據(jù)SIGNEDINTVI_REF/速度PID，速度設(shè)定值SIGNEDINTVI_FEEDBACK/速度PID，速度反饋值SIGNEDLONGVI_PREERROR/速度PID，前一次，速度誤差,VI_REFVI_FEEDBACKSIGNEDLONGVI_PREDERROR/速度PID，前一次，速度誤差之差，D_ERRORPREDERRORUNSIGNEDINTV_KP/速度PID，KAKPUNSIGNEDINTV_KI/速度PID，KBKPT/TIUNSIGNEDINTV_KD/速度PID，SIGNEDLONGVL_PREU/電機(jī)控制輸出值PIDPIDSPID/PIDCONTROLSTRUCTUREVOIDPIDINITVOIDSPIDVI_REF0/速度設(shè)定值SPIDVI_FEEDBACK0/速度反饋值SPIDVI_PREERROR0/前一次，速度誤差,VI_REFVI_FEEDBACKSPIDVI_PREDERROR0/前一次，速度誤差之差，D_ERRORPREDERRORSPIDV_KPVV_KPVALUESPIDV_KIVV_KIVALUESPIDV_KDVV_KDVALUESPIDVL_PREU0/電機(jī)控制輸出值UNSIGNEDINTV_PIDCALCPIDPPSIGNEDLONGERROR,D_ERROR,DD_ERRORERRORSIGNEDLONGPPVI_REFPPVI_FEEDBACK/偏差計(jì)算D_ERRORERRORPPVI_PREERRORDD_ERRORD_ERRORPPVI_PREDERRORPPVI_PREERRORERROR/存儲(chǔ)當(dāng)前偏差PPVI_PREDERRORD_ERRORIFERRORVV_DEADLINE/設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)ELSE/速度PID計(jì)算PPVL_PREUSIGNEDLONGPPV_KPD_ERRORPPV_KIERRORPPV_KDDD_ERRORIFPPVL_PREUVV_MAX/速度PID，防止調(diào)節(jié)最高溢出PPVL_PREUVV_MAXELSEIFPPVL_PREUVL_PREUVV_MINRETURNPPVL_PREU/返回預(yù)調(diào)節(jié)占空比/AD初始化函數(shù)/VOIDAD_INITVOID/AD初始化/AD結(jié)果數(shù)組初始化UIAD_RESULT00UIAD_RESULT10UIAD_RESULT20UIAD_RESULT30UIAD_RESULT40UIAD_RESULT50UIAD_RESULT60UIAD_RESULT70/控制寄存器2上電，標(biāo)志位快速清零,查詢方式不使用中斷ATD0CTL2ATD0CTL2_ADPU_MASK|ATD0CTL2_AFFC_MASK/控制寄存器3轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度為3，F(xiàn)IFO模式ATD0CTL3ATD0CTL3_S8C_MASK/ATD0CTL3_S2C_MASK|ATD0CTL3_S1C_MASK|ATD0CTL3_FIFO_MASK/控制寄存器410位AD，PRS0B001106，ADCLOCKFREQUENCY24/6/22MHZATD0CTL4/ATD0CTL4_SRES8_MASK|/ATD0CTL4_PRS2_MASK|ATD0CTL4_PRS1_MASK/控制寄存器5右對(duì)齊方式,連續(xù)轉(zhuǎn)換模式,多通道采樣模式ATD0CTL5ATD0CTL5_DJM_MASK|ATD0CTL5_SCAN_MASK|ATD0CTL5_MULT_MASKATD0DIEN0X00/禁止數(shù)字輸入緩沖/AD轉(zhuǎn)換函數(shù)，查詢方式/VOIDAD_CONVERTVOIDIFATD0CTL2_ASCIE0/采用查詢方式WHILEATD0STAT0_SCF/等待各通道轉(zhuǎn)換結(jié)束UIAD_RESULT0ATD0DR0/讀通道0的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT1ATD0DR1/讀通道1的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT2ATD0DR2/讀通道2的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT3ATD0DR3/讀通道3的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT4ATD0DR4/讀通道4的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT5ATD0DR5/讀通道5的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT6ATD0DR6/讀通道6的轉(zhuǎn)換結(jié)果UIAD_RESULT7ATD0DR7/讀通道7的轉(zhuǎn)換結(jié)果UCHARSENSOR_STATEVOIDUCHARIAD_CONVERTFORI0IMIDDLEUCSENSORSTATE|10IIFSTATEBIIFUCAD_PORTIIFUCAD_PORTIFSCLASTDEPARTURE2/中間OUTFLAG0X02IFSCLASTDEPARTURE2/左邊OUTFLAG0X01IFSCLASTDEPARTUREUIMAXSPEED100DIR_BACK/繼電器反向剎車IFUIPULSE170IFUIPULSE500PWME_PWME50PTP_PTP51LEFTBRAKEELSEPWME_PWME51START/2ELSEIFPWMDTY67165PWME_PWME51LEFTBRAKE/3ELSEIFPWMDTY67129PWME_PWME51START/4ELSEIFPWMDTY67124PWME_PWME51RIGHTBRAKE/5ELSEIFPWMDTY67550PWME_PWME50PTP_PTP51RIGHTBRAKEELSEPWME_PWME51START/VOIDCAR_MACHINE_BRAKE/PWMDTY67173170165147130124121中間147/1/IFSCLASTDEPARTURE9IFUIPULSEUIMAXSPEED100PWME_PWME50PTP_PTP51LEFTBRAKEDELAY