发布时间 : 星期二 文章基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计更新完毕开始阅读a1848c616ad97f192279168884868762cbaebb59
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为主，技术报告、制作工程质量评分为辅来决定。各分赛区预赛以及全国总决赛间，在实际可操作性基础上力求公正与公平参与。
“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，委托教育部高等学校自动化专业指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。
全国大学生智能汽车竞赛与全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛一起被列为教育部主办的全国大学生五大竞赛之一。该大赛综合性很强，以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电器、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，对进一步深化高等工程教育改革据有重要意义，对学生的知识融合和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。
智能汽车竞赛所使用的车模是一款带有差速器的后轮驱动模型赛车，有大赛组委会统一提供。参赛队伍通过设计基于单片机的自动控制器控制模型车在封闭的跑道上自主循线运行。在保证模型车运行稳定即不冲出跑道的前提下，跑完一圈的时间越小，成绩越好。
大赛分为光电与摄像头两个赛题组，如果车模利用道路图像信息进行路径检测方法属于摄像头赛题组，除此之外则属于光电赛题组。
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图 1.2 第四届“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛比赛赛道
1、 光电赛题组
图 1.3 光电赛题组车模
参加光电赛题组中不允许传感器获取道路图像信息进行路径检测。
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“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛的赛题是控制比赛小车，使其按要求用尽可能短的时间完成比赛赛道，比赛允许选手自行设计传感器和控制电路，并编写控制程序，禁止改动舵机和轮胎等小车结构。针对这种要求，从控制系统的观点出发，按照设计跟随系统的思路设计车模的控制策略；从几何关系上讲，为了实现车模的寻线运动，控制器应当控制前轮转向，满足在车模运动中车身相对于线的位置偏差和车身纵向相对于线的夹角为0的控制目标。根据以上思路，寻线跟随系统应当有2个输入——位置偏差和角度偏差，1个输出——舵机转角，考虑了速度的因素后，系统便成为一个3输入2输出的复杂系统。在光电赛题组的方案中，位置偏差和角度偏差由光偶传感器检测得到，舵机转角由PWM信号控制。由于通常传感器检测得到的量是离散量，动作控制也只能针对离散量进行控制，并且根据单片机的处理能力，使用数字PID作为基本的控制器，但这只适用于低速情况，高速情况下过于离散的控制将造成系统控制缓慢、滞后，阶跃变化较大，甚至无法达到控制目标。由于这种原因，将小车速度提升之后，对小车进行连续控制是十分必要的，实际结果证明，传感器检测模拟量进行连续位置和角度的PID控制可以使小车具有很好的稳定性和跟随特性。
光电赛题组一般电路设计简单、信息检测频率高，但检测范围、精度有限且能耗较大。
2、 摄像头赛题组
图1.4 摄像头赛题组车模
参加摄像头赛题组可以使用光电管作为辅助检测手段。
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选择采用摄像头作为寻线传感器。一方面，摄像头所能检测的赛道信息远多于光电传感器构成阵列所能检测的信息，有利于区分各种道路类型；另一方面，摄像头检测范围调整灵活，可以提供足够远的预判距离（通常1m左右，光电赛题组前瞻通常为20～30cm）。实际上，通过“超频”和提高代码效率，并选择合适的图像处理算法，使用比赛规定的单片机完全可以对低线数黑白摄像头的视频信号进行采样和处理，有效识别出导引线的位置和相关几何信息[4,5]。
摄像头赛题组获取的赛道信息丰富，但电路设计和软件处理较复杂，且信息更新速度较慢
1.3 本文的概况及结构安排
本毕业设计共七章，以光电组智能车为实际研究对象，以随动系统为理论研究对象，以前馈控制技术、PID控制技术以及分程控制技术等作为研究工具，对智能车的控制方法进行了研究。本文的主要内容如下：
第1章阐述了本文的研究背景及研究意义，与智能车循迹控制相关的主要控制方法及所要解决的问题，给出本文的研究内容。同时介绍了智能车的国外竞赛进展，以及国内智能车竞赛的情况，指明研究环境。
第2章为智能车系统方案的设计，主要包括智能车系统模板设计的基本要求、循迹方案选择和车模参数；
第3章为为智能车的硬件系统设计，介绍了电源管理模块、传感器分布模块、转向舵机控制模块和直流电机驱动模块等；
第4章研究智能车模型的机械结构调整，并介绍了本设计中智能车模型在机械方面的改造；
第5章为智能车软件系统设计，包括小车的开发环境，软件设计的整体流程，各个模块初始化，以及控制策略的实现等；
第6章为智能车系统调试的总结，归纳出设计中发现的光电智能车自身的问题与不足，对后续的研究进行了展望。
第7章为结束语并致谢。