文档介绍：第七届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校: 大连工业大学
队伍名称: 步行者
参赛队员: 李停停
张哲梁
李建宇
带队教师: 李宝营
祁建广
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第七届“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:李停停
张哲梁
李建宇
带队教师签名:李宝营
祁建广
日期:
摘要
智能车系统以MC9S12XS128微控制器为核心,通过电磁传感器和角度传感器检测跑道的路况,用光电编码器检测模型车的速度,用陀螺仪测量车模的角速度。使用PID控制算法调节车模的直立以及驱动电机的转速,完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
关键字:MC9S12XS128、PID、陀螺仪
目录
摘要 3
第一章引言 4
总体方案介绍 4
第二章基本原理 5
车模平衡控制 5
车模速度控制 6
车模方向控制 7
第三章机械机构及硬件电路的设计与实现 8
车模机械结构的安装 8
电磁传感器的安放 8
角度传感器和陀螺仪的安放 9
PCB板的安放 10
速度传感器的安装 10
硬件电路的设计与实现 11
电路实现 11
电磁传感器的设计 12
电源稳压电路 13
电机驱动电路 13
测速方案选择 13
第四章软件算法的设计 15
系统软件工作流程图 15
第五章开发工具及安装调试过程 16
开发工具介绍 16
第六章车模的技术参数 17
第七章结论 18
参考文献 19
附件1 系统原理图 20
附件2 程序算法 20
第一章引言
全国大学生智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托,由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办,旨在加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养,促进高等教育教学改革。该竞赛是以迅猛发展的汽车电子为背景,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。在本次比赛中,本组使用大赛组委会统一提供的竞赛车模全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上,使用飞思卡尔半导体公司的8 位、16 位微控制器作为核心控制模块,自主构思控制方案及系统设计,包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等,最终实现一套能够自主识别路线,并且可以实时输出车体状态的智能车控制系统。
本文将对电磁组的车进行详细的讲解。在本届比赛上,智能汽车竞赛组委会为了提高全国大学生智能汽车竞赛创新性和趣味性,激发高校学生参与比赛的兴趣,提高学生的动手能力、创新能力和接受挑战能力,将电磁组比赛规定为车模直立行走。车模直立行走比赛是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式,让车模以两个后轮驱动进行直立行走。近年来,两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究,也有相应的产品。在电磁组比赛中,利用了原来C型车模双后轮驱动的特点,实现两轮自平衡行走。
总体方案介绍
根据比赛规则要求,维持车模直立也许可以设计出很多的方案,本方案假设维持车模直立、运行的动力都来自于车模的两个后车轮。后轮转动由两个直流电机驱动。因此从控制角度来看,车模作为一个控制对象,它的控制输入量是两个电极的转动速度。通过调节车模的倾角来实现车模速度控制,实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务:
控制车模平衡:通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态;
通过调节车模的倾角来实现车模速度控制,实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。
控制车模方向:通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。
后面章节将会对这三个控制任务进行详细的讲解。
章节介绍
第一章是引言部分,对比赛的背景意义与系统的总体方案进行简单的叙述。
第二章是直立行走基本原理部分。
第三章是机械结构与硬件的设计部分。
第四章是算法设计部分。
第五章是开发工具、调试制作过程的说明部分。
第六章是车模的技术参数说明。
第二章基本原理
第一章节里讲到车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务。这三个三个分解后的任务各自