基于飞思卡尔k60芯片控制下的智能汽车大学论文

学 号_ 1109111015

毕 业 设 计

课程名称 基于飞思卡尔k60芯片控制下的智能汽车

学生姓名

院 部 电气工程学院 专业班级 指导教师

11自动化

2015年5月

摘要

智能汽车技术是一种在无人干预的情况下自动跟踪预定轨迹，最终实现自动驾驶的高新技术。智能车辆系统的基本功能是，利用各类传感器感知环境信息，做出控制决策，使得车辆按照期望路线行驶或到达期望目标点。智能汽车的设计涉及计算机科学、传感器检测、多元信息融合、信息通讯、人工智能与模式识别以及自动控制等多个领域的交叉技术。

从第五届的电磁组开始到第九届比赛，电磁小车已经在智能车的赛道上奔驰了5年，从第六届取消了前瞻长度的限制，电磁车速度开始有了质的飞跃，第七届改成直立状态行走后，虽然对速度有一定的影响，但也以其独特魅力和新的技术挑战让参赛者向往不已，第八届改回四轮行进方式并采用了A车模，小车的速度再次出现大幅提升，第九届电磁组小车依然从采用四轮行进，不过组委会为电磁组添加了直角道，增加了电磁组的难度。

本文中，我们小组通过对小车设计制作整体思路、电路、算法、调试、车辆四轮定位等的介绍，详尽地阐述了我们的创意和思路，具体表现为软件的升级改进，硬件电路的删减改进以及车辆机械参数的调配，特别是对算法的改进，我们花了不少的心血，从之前的对算法的似懂非懂，到后来对程序的大打删改，我们不知道出现过多少错误，也不知道遇到多少挫折，最终写出了一套属于我们自己适合我们自己小车的程序算法。

从参赛前的校内选拔到比赛的结束，我们程方如意对遇到了很多的困难和挫折，从刚开始的浮夸到后来的急躁再到最终我们心爱的小车成功的跑起来，我们查阅了很多的相关资料，涉猎控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，通过这次比赛，我们对我们的专业知识有了更深的认识，学到了我们从书上学习不到的知识，我们学会了团结，学会了注意细节，只有团结，抓住每一个细节，才能把事情做成功！在这次比赛中我们受到了许多人的帮助，其中最要感谢的是我们的指导老师臧大进老师，感谢您在整个比赛中对我们的指导和帮助，其次还有帮助我们的学长，以及各位同仁、网友，没有你们我们也走不到今天，再次也一一感谢！最后我要特别感谢我的两位队友，是他们把我带上了飞思卡尔智能汽车这条道路，并一路支持和帮助我一起解决各类问题，正是我们三个团结一致，精诚合作才有了我们最后的成功！谢谢你们。

目录

目 录

摘要 ............................................................................................................................................. - 1 - 第一章 方案设计 ..................................................................................................................... - 4 -

1.1系统总体方案的设计 .................................................................................................. - 4 - 1.2系统总体方案设计图 .................................................................................................. - 7 - 第二章 智能车机械结构调整与优化 ..................................................................................... - 8 -

2.1智能车车体机械建模 .................................................................................................. - 8 - 2.2智能车前轮定位的调整 .............................................................................................. - 9 -

2.2.1前轮前束 .......................................................................................................... - 9 - 2.2.2主销后倾角 .................................................................................................... - 11 - 2.2.3主销内倾角 .................................................................................................... - 11 - 2.2.4车轮外倾角 .................................................................................................... - 11 - 2.3智能车转向机构调整优化 ........................................................................................ - 12 - 2.4智能车后轮减速齿轮机构调整................................................................................. - 13 - 2.5 编码器的安装 ........................................................................................................... - 14 - 2.6 智能车重心位置的调整 ........................................................................................... - 14 - 2.7其它机械结构的调整 ................................................................................................ - 14 - 第三章 电路设计说明 ........................................................................................................... - 16 -

3.1 主控板和驱动板的硬件设计 ................................................................................... - 16 -

3.1.1 电源管理模块 ............................................................................................... - 16 - 3.1.2 电机驱动模块 ............................................................................................... - 18 - 3.1.3 数模信号转换 ............................................................................................... - 19 - 3.1.4 单片机及其他电路部分设计 ........................................................................ - 19 - 3.2 智能车传感器模块设计 ........................................................................................... - 22 -

3.2.1电感传感器的原理 ........................................................................................ - 22 - 3.2.2磁传感器信号处理电路................................................................................. - 22 - 3.2.3传感器的布局原理及改进............................................................................. - 25 -

第四章 智能车控制软件设计说明 ....................................................................................... - 28 -

4.1底层初始化 ................................................................................................................ - 28 - 4.2传感器采集处理算法 ................................................................................................ - 29 - 4.3寻线行驶算法实现 .................................................................................................... - 30 -

4.3.1定位算法 ........................................................................................................ - 30 - 4.3.2基于位置式PID的方向控制 ......................................................................... - 32 - 4.3.3基于增量式PID的速度控制 ......................................................................... - 34 - 4.3弯道策略分析 ............................................................................................................ - 34 - 4.4弯道策略制定 ............................................................................................................ - 36 - 第五章 开发工具、制作、安装、调试过程说明 ................................................................ - 39 -

- 2 -

目录

5.1 开发工具 ................................................................................................................... - 39 - 5.2 调试过程 ................................................................................................................... - 39 -

5.2.1 上位机系统 ................................................................................................... - 39 - 5.2.2 控制算法的参数整定 ................................................................................... - 41 - 5.3 整车机械方面的调整 ................................................................................................ - 42 - 第六章 模型车的主要技术参数说明 ................................................................................... - 43 - 结论 ........................................................................................................................................... - 44 - 参考文献 ................................................................................................................................... - 45 -

- 3 -

第一章 方案设计

第一章 方案设计

本章主要简要地介绍智能车系统总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。

1.1系统总体方案的设计

根据第九届飞思卡尔组委会公布的竞赛规则及相关规定，智能车系统采用大赛组委会统一提供的C型车模，控制器我们则选择了组委会允许下的32位微控制器k60作为核心控制器，在IAR开发环境中进行软件开发。赛车的位置信号由车体前方固定在前瞻上的六路电磁传感器采集，经内部AD进行模数转换后，加以处理后输入到控制核心，作为处理智能车运动控制的核心信息。通过欧普龙（500线）编码器（两个）测速模块来检测车速，并采用K60 的输入捕捉功能进行脉冲计数计算速度及差速控制；电机转速控制采用 PID 控制，通过 PWM 控制驱动电路调整电机的转速，完成智能车速度的闭环控制。

图1.1.1 电磁车整体布局

我们使用红树伟业的 BLK-MD-BC04-B蓝牙模块与上位机通讯，发送小车运行的各项参数，从而对小车进行调试。

- 4 -