电磁组 哈尔滨华德学院 光之翼.docx

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1、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：哈尔滨华德学院队伍名称：华德光之翼参赛队员：齐亚军刘春超董海亮带队教师：赵建新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邀请赛关保留、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：参赛队员签名：参赛队员签名：带队教师签名：日 期：摘要本文介绍了华德“光之翼”队制作“飞思卡尔”智能车的全部过程。本智能车系统以飞

2、思卡尔高性能32位单片机K60为核心，通过10mH电感检测赛道导线激发的20kh电磁波来引导小车行驶，用编码器来采集小车的速度。赛道的电磁信号我们先使用精密仪表放大器进行放大，再利用肖特基二极管组成的峰峰值检波电路将放大后的电磁信号转换为正比于交流电压信号峰值的直流信号，最后通过AD采样获取当前传感器在赛道上的位置。速度控制上，我们使用经典PID算法和鲁棒控制法及模糊控制算法。此外，为了提高调试的方便性，我们使用了无线蓝牙模块配合LabView上位机软件采集赛道信息，并且使用Proteus等工具进行辅助仿真。单片机开发平台为IAR6. 600关键字：飞思卡尔智能车，K60,蓝牙模块，10H电感

3、，经典PID, IAR6. 603目录摘要第一章引言11.1 概述11.2 智能车系统介绍21.3 章节安排3第二章智能车机械调校52.1 前轮调整52.2 舵机固定与安装82.3 降低虚位92.4 齿轮啮合92.5 调整重心102.6 零件制作102.7 轮胎的摩擦力10第三章智能车硬件系统123.1 单片机最小系统123.2 电源模块133.3 传感器模块143.3.1 传感器的选择143.3.2 传感器的硬件制作173.3.3 传感器排布的设计193.4 起跑线检测213.5 电机驱动模块223.6 测速装置243.7 小车主板设计25第四章智能车软件系统284.1 软件系统概述284.

4、2 时钟模块284.3 AD模块以及信号采集策略294.4 PWM模块以及控速策略294.5 终点线检测314.6 主程序流程图31第五章智能车开发平台325.1 硬件开发平台325.1.1 硬件平台325.1.2 硬件开发平台335.2 软件开发平台36第六章总结376.1参赛心得37参考文献39致谢40附录A：模型车技术参数及特色41附录B：模型车外形照片42附录C：模型车电路原理图43附录D：模型车程序源代码44第一章引言飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，系统涵盖了机械、电子、电气、传感、计算机、自动化控制等多方面知识，一定程度上反映了

5、高校学生科研水平。本章节详细阐述了智能车系统的研究背景和本智能小车的设计总体概况。1.1 概述为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革,受教育部高等教育司委托（教高司函2005201号文），由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛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

6、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。该竞赛由竞赛秘书处为各参赛队提供/购规定范围内的标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，保证竞赛向健康、普及，持续的方向发展。该竞赛以飞思卡尔半导体公司

7、为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所第二章智能车机械调校高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函2007 30号文）。全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车竞赛组织运行

8、模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。本次比赛分为光电组、摄像头和电磁三个组别，本论文主要介绍电磁赛题组的智能车制作。1.2 智能车系统介绍在本报告中，我们介绍了飞思卡尔智能车的硬件设计、软件设计、机械的调校、开发平台的设计和应用详细地阐述了我们的思想和创意。本此比赛中，我们独立设计、实践创新，先后解决了电磁传感器问题和电机驱动问题。随后经过多次数据采集以及分析、方案论证、调试车模

9、，最终巩固了算法。本智能车系统包含以下几个部分：1）电磁传感器；2）电源模块；3）单片机最小系统及外围电源模块；4）单片机与电机驱动隔离电路；5）电机驱动模块；6）测速编码器设备；7）起跑线检测模块；系统的整体模块图示如图12. 1所示。图1.2. 1系统的整体模块图示1.3章节安排本论文章节安排如下：第一章引言：详细介绍了本智能车的研究背景以及系统的总体概况；第二章智能车机械调校：详细介绍了本智能车在机械结构上的调整，包括前轮的调整，舵机的固定等；第三章智能车硬件系统：详细介绍了本智能车各个硬件模块电路的设计、制作和方案的选择；第四章智能车软件系统：主要介绍了本智能车软件设计、算法设计，详细

10、的介绍了舵机控制和速度控制；第五章智能车开发平台：详细介绍了智能车硬件仿真平台、硬件开发平台、仿真平台、软件开发平台和数学分析平台；第六章总结：详细的介绍了本次智能车制作的心得、本智能车的不足和值得改进的地方；附录A：模型车技术参数及特色；附录B：模型车外形照片；附录C：模型车电路原理图；附录D：模型车程序源代码；5第二章智能车机械调校第二章智能车机械调校小车机械上的限制会使小车的速度到达一定值时，无法继续提速。因此,机械的合理调整，在小车后期的提速中起到了不小的作用2.1前轮调整要保持车辆直线行驶的稳定性，使小车直道稳定、弯道转向轻便，必须确定车轮定位参数，包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾和

11、前轮前束。阿克曼矩形转向梯形是我们调整前轮特性的主要参考，阿克曼原理的基本观点是汽车在直线行驶和转弯行驶过程中每个车轮的运动轨都必须完全符合它的自然运动轨迹，从而保证轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象。阿克曼图形如图2. 1. 1所示。图2. 1. 1阿克曼图形主销后倾角：主销后倾角在车轮偏转后形成一回正力矩，阻碍车轮偏转。主销后倾角越大，车速愈高，车轮偏转后自动回正力越强。但回正力矩过大，会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振，并使转向沉重。通常后倾角为1。3。主销后倾如图2. 1.2所示。图2. 1.2主销后倾主销内倾角：在小车前后方向上，主销向内倾斜一个角度，主销轴线与垂线间的夹角称为主销内倾

12、角。当汽车转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾，则车轮连同整个小车的前部将被抬起一定高度，在外力消失后，车轮就会在重力作用下力图恢复到原来的中间位通常主销内倾角不大于8。11销内倾如图2.1. 3所示。图2. 1.3主销内倾前轮外倾角：在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外倾斜一个角度，称为前轮外倾角。前轮外倾角一方面可以使车轮接近垂直路面滚动而滑动减小转向阻力，使小车转向轻便；另一方面减少了轴承及其锁紧螺母的载荷，增加了使用寿命，提高了安全性。一般前轮外倾角为1左右，但对于有高速、急转向要求的车辆，前轮外倾角可减小甚至为负值。前轮外倾如图2. 1.4所示。图2. 1.4前轮外倾前轮前束：

13、俯视车轮，汽车的两个前轮的旋转平面并不完全平行，而是稍微带一些角度，这种现象称为前轮前束。车轮前束的作用是减轻或消除因前轮外倾角所造成的不良后果，二者相互协调，保证前轮在汽车行驶中滚动而无滑动。前轮前束一般为012mm0前轮前束如图2. 1. 5所示。图2. 1.5前轮前束对于C车而言在不修改零件的前提下可调整的有前轮外倾和前轮前束，由于我对车辆机械了解不多所以仅做了这两项调整，但我感觉C车的主销后倾角过大产生了一些不利影响。调整的目标是：小车直线行驶平稳，弯道转向轻便、灵活、稳定。由于车辆本身的一些特点，例如轮胎特性、轮胎摩擦力、减震强度等，使我们在实际调整时要对理论的方案进行一些改动，最后

14、做出的调整方案为：前轮外倾角-2。左右（曾大转弯时轮胎与地面接触面积），前轮前束左右（减小转向阻力）。2. 2舵机固定与安装舵机固定我们采用的是舵机直立方式，舵机固定如图2. 2.1所示。图2. 2.1舵机固定2. 3降低虚位前轮虚位是车速限制的大问题，它使控制不准确和产生不可预期的影响;除去舵机本身的虚位，前轮可调整的有轮与轴、轴与轴和连接件之间的缝隙,可以通过加垫片和调整连接件位置来降低，如图2. 3.1所示。图2. 3. 1降低虚位3. 4齿轮啮合齿轮咬合调整：调整齿轮咬合，以不松动，无卡滞，松紧合适为准。另外还要保证齿轮间咬合有足够的接触面积。可打开电机听转动声音，尖锐和零碎的声音都是不正常的，尖锐的是啮合过紧，零碎的是啮合过松，如果声音始终不正常那就有可能是零件本身的原因，C车齿轮啮合如图2. 5.1所示。图2. 5. 1齿轮啮合4. 5调整重心低的重心可以使车运行稳定、转向灵活，在过弯时不容易出现翻车现象，C车前轮可以增加垫片后轮可以翻转后轮轴固定座降低重心，在实际调整时，我们让车在不影响上坡的前提下重心尽量低；前后重心应保持在中后部，由于电磁车前方架了传感器，所以重心一般不会靠后，应调整布局和材料使重心靠后;另外车上无关紧要的零件能去则去，以减轻重量。5. 6零件