天津工業(yè)大學(xué)鋒利隊(duì)技術(shù)報(bào)告

1、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：天津工業(yè)大學(xué) 隊(duì)伍名稱：鋒利隊(duì)參賽隊(duì)員：李超 謝樂(lè)成 郭威帶隊(duì)教師：張軍 關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說(shuō)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(yè)上收錄并公開(kāi)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： 日 期： 目錄第一章 引言第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)2.2電源管理模塊 電源總體分配圖2.2.2 780

2、5和7806降壓模塊 DC/DC升壓模塊2.3后輪電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊后輪電機(jī)后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2.4傳感器模塊傳感器工作原理及性能傳感器布局2.5速度負(fù)反饋模塊2.6前輪舵機(jī)2.7智能車的主要技術(shù)參數(shù)第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 HCS12控制軟件理論3.2算法說(shuō)明及代碼設(shè)計(jì)介紹3.3調(diào)試過(guò)程說(shuō)明第四章 結(jié)論參考文獻(xiàn)附錄第一章 引言本賽車采用飛思卡爾16位微控制器MC9S12DG128B作為核心控制單元，通過(guò)紅外光電傳感器進(jìn)行路徑識(shí)別，采用自制光電碼盤檢測(cè)速度，采用MC33886DH集成H橋芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有簡(jiǎn)單且先進(jìn)的轉(zhuǎn)向控制算法和速度控制算法，保證智能車能夠在各種不同尺寸的賽道上穩(wěn)定高速的行駛。本技

3、術(shù)報(bào)告將從硬件設(shè)計(jì)（單片機(jī)型號(hào)、電源管理模塊、后輪電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、速度負(fù)反饋模塊、前輪舵機(jī)）和軟件設(shè)計(jì)兩大部分對(duì)智能車各項(xiàng)性能進(jìn)行介紹。第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)本智能車采用大賽組委會(huì)提供的采用飛思卡爾16位微控制器MC9S12DG128B作為核心控制單元，有關(guān)MC9S12DG128B的詳細(xì)信息可以登陸。2.2 電源管理模塊 電源總體分配圖圖1 電源管理原理圖圖2 電源管理電路圖2.2.2 7805和7806穩(wěn)壓模塊由于電源提供的直流電壓為7.2V，而單片機(jī)、測(cè)速傳感器和其中6個(gè)光電傳感器的工作電壓為5V。所以，使用7805電路進(jìn)行5V穩(wěn)壓。電路如右圖所示：圖3 7805電路圖

4、圖4 7806電路圖前輪舵機(jī)的工作電壓為4.86V，根據(jù)舵機(jī)的特性，電機(jī)在6V時(shí)能輸出最大轉(zhuǎn)矩。所以，采用7806對(duì)電源電壓進(jìn)行降壓與穩(wěn)壓。如右所示： DC/DC升壓模塊 VoViDC/DC升 壓模 塊本智能車光電傳感器有2個(gè)的工作電壓為12V，所以我們采用DC/DC升壓模塊將電壓升為12V。GND0圖5 DC/DC升壓模塊2.3后輪電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊后輪電機(jī)本車后輪電機(jī)采用由深圳市高翔電機(jī)有限公司生產(chǎn)的RS-380SH-4045直流電機(jī),電機(jī)參數(shù)如下表：表一 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊后輪電機(jī)采用飛思卡爾MC33886芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。MC33886芯片主要技術(shù)參數(shù)：5.0V to 40V Co

5、ntinuous OperationPWM Frequencies up to 10kHz5.0A H-BRIDGEUndervoltage shutdownMC33886驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)連接、與電機(jī)連接電路：圖6 MC33886連接電路原理圖2.4傳感器模塊傳感器工作原理及性能光電傳感器采用浙江超能電子有限公司生產(chǎn)的E3F-DS30C1型號(hào)光電傳感器。此傳感器能有效的檢測(cè)出黑白線。并且，此傳感器有檢測(cè)距離遠(yuǎn)， 靈敏度可調(diào)，響應(yīng)速度塊等優(yōu)點(diǎn)。具體參數(shù)為：圖7 E3F-DS30C1型號(hào)光電傳感器原理電路圖工作電壓：DC10-30V;工作電流：I 200MA;探測(cè)距離：430CM。響應(yīng)時(shí)間：t 1

6、.5ms傳感器布局圖8 傳感器布局分布在上面的兩個(gè)紅外光電傳感器探測(cè)距離20CM，我們主要用它來(lái)檢測(cè)彎道，并適時(shí)的減速；中間的四個(gè)紅外光電傳感器主要用來(lái)檢測(cè)彎道并根據(jù)情況控制前輪所轉(zhuǎn)的角度；下面的兩個(gè)光電傳感器主要用于檢測(cè)直線。2.5速度負(fù)反饋模塊采用紅外光電對(duì)射傳感器對(duì)安裝在后輪轉(zhuǎn)軸上的自制編碼器提取信號(hào)，并用555定時(shí)器對(duì)所提取的信號(hào)進(jìn)行整形，整形后的信號(hào)送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)輸入捕捉功能計(jì)算出智能車當(dāng)時(shí)的行駛速度，根據(jù)反饋回的速度控制輸給后輪PWM占空比。圖9 555定時(shí)器引腳圖速度反饋電路如下：圖10 速度反饋電路測(cè)速編碼器安裝情況如右圖，采用自制的編碼盤，焊接的電路。 圖11 測(cè)速傳

7、感器安裝位置2.6前輪舵機(jī)SRM-102 舵機(jī)基本參數(shù)如下： 響應(yīng)速度： 4.8V 旋轉(zhuǎn)60度 0.2秒輸出力矩： 3.3kg (6V)轉(zhuǎn)速：     0.18s (6V)尺寸：     39*20*36mm重量：     45g工作電壓： 4.8-6V2.7 智能車的主要技術(shù)參數(shù)智能車總體重量：1.24千克 長(zhǎng)、寬、高：35cm、24cm、14cm電路功耗：12W

8、電容總?cè)萘浚簜鞲衅鞣N類及個(gè)數(shù)：紅外光電傳感器6個(gè) 光電傳感器2個(gè) 紅外對(duì)射傳感器1個(gè)賽道信息檢測(cè)精度：55mm第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 HCS12控制軟件理論軟件以光電傳感器檢測(cè)黑白線的的不同而輸出高低電平為依據(jù)，根據(jù)不同傳感器到黑線，對(duì)應(yīng)不同的情況，對(duì)前輪舵機(jī)轉(zhuǎn)向和后輪電機(jī)速度進(jìn)行控制。并設(shè)置了一些特殊情況，以解決小車在不同路段行駛時(shí)有不同情況。并使用編碼器測(cè)速原理對(duì)小車進(jìn)行測(cè)速。以控制小車的高速運(yùn)行，起反饋?zhàn)饔?。程序流程圖為：程序開(kāi)始AD初始化速度大小AD轉(zhuǎn)換是速度>最大控制速度速度<最小控制速度穩(wěn)速升速否轉(zhuǎn)換完？轉(zhuǎn)換值給最高速度傳感器不同情況時(shí)各速度初始化中斷執(zhí)行程序關(guān)中斷舵機(jī)

9、各角度初始化判斷誰(shuí)中斷PWM、定時(shí)器、H口初始化根據(jù)傳感器中斷賦不同值，以對(duì)應(yīng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角度開(kāi)中斷for循環(huán)：等中斷，一直執(zhí)行程序，二次控制程序control()跳出中斷讀取脈沖個(gè)數(shù)3.2算法說(shuō)明及代碼設(shè)計(jì)介紹H口中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)清單： interrupt void H0_Interrupt(void) DisableInterrupts; /關(guān)中斷 if(PTIH=0b00000100 ) /(3)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=3; left=1; right=0; PORTK = 0; else if(PTIH=0b00001000 ) /(4)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=4; left=0

10、; right=1; PORTK = 1; else if(PTIH=0b00010000) /(5)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=5; left=1; right=0; PORTK = 2; else if(PTIH=0b00100000 ) /(6)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=6; left=0; right=1; PORTK = 4; else if(PTIH=0b01000000 ) /(7)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=7; left=1; right=0; PORTK = 0; else if(PTIH=0b10000000 ) /(8)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=8; left=0;

11、 right=1; PORTK = 1; else if(PTIH=0b00000011 ) /(1)、(2)傳感器同時(shí)檢測(cè)黑線； ctrl=0; left=0; right=0; else if(PTIH=0b00000001) /(1)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=1; left=0; right=0; else if(PTIH=0b00000010 ) /(2)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=2; left=0; right=0; turn_drive = turnctrl; speed_ref = speedctrl; speed_drive=200; PWME = 0; PIFH=255;

12、 PWMDTY01 = turn_drive; PWMDTY5 = speed_drive; PWME = 34; EnableInterrupts; asm("RTI"); /中斷返回注：部分變量參數(shù)意義見(jiàn)附錄程序在此段程序中，主要是對(duì)小車進(jìn)行產(chǎn)生中斷后的最初控制，以快速響應(yīng)為目的。同時(shí)，產(chǎn)生一些標(biāo)志性信息，為其后的再次控制提供各種信息。二次控制子程序清單：void control() if(ctrl=0) if(counter<speed_ref)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(ctrl=1

13、)|(ctrl=2) if(counter<speed_ref-1)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(counter>speed_ref) speed_drive-; else if(ctrl=3)|(ctrl=4) if(counter<speed_ref)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(counter>speed_ref) speed_drive-; else if(ctrl=5)|(ctrl=6) if(counter&

14、lt;speed_ref)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(counter>speed_ref) speed_drive-; else if(ctrl=7)|(ctrl=8) if(counter<speed_ref)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(counter>speed_ref) speed_drive-; PWME = 0; PWMDTY01 = turn_drive; PWMDTY5 = speed_drive; PWME

15、 = 34; return; 根據(jù)當(dāng)前速度、傳感器檢測(cè)到黑線情況，對(duì)小車的速度進(jìn)行控制。包括當(dāng)小車速度小到設(shè)置極限時(shí)對(duì)其升速。當(dāng)最外傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)速度情況對(duì)其降速，以保證其能正常轉(zhuǎn)過(guò)彎道，不會(huì)沖出跑道。3.3調(diào)試過(guò)程說(shuō)明對(duì)速度、轉(zhuǎn)角、傳感器位置以及傳感器靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。確定小車在不沖出跑道的前提下，在直線上能達(dá)到的最大速度、轉(zhuǎn)彎降速時(shí)最小降到多少進(jìn)行調(diào)節(jié)。以達(dá)到最佳的搭配。對(duì)傳感器之間距離、傳感器靈敏度進(jìn)行小范圍的調(diào)節(jié)，以達(dá)到最好的檢測(cè)狀態(tài)。并對(duì)其抗干擾性進(jìn)行檢測(cè)。第四章 結(jié)論半年來(lái)，在緊張的學(xué)習(xí)之余,我們積極準(zhǔn)備著即將到來(lái)的智能車大賽，雖然我們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)還很不足，但在經(jīng)過(guò)幾個(gè)

16、月來(lái)的精心準(zhǔn)備，我們完成了智能車的設(shè)計(jì)制作與調(diào)試，并在自制的跑道上完成了各種自動(dòng)駕駛測(cè)試。我們的智能車主要由尋跡探測(cè)部分和轉(zhuǎn)速控制部分兩大部分構(gòu)成，具有簡(jiǎn)單而先進(jìn)的轉(zhuǎn)向控制算法與速度控制算法，小車行駛快速、可靠。但智能車在“S”形賽道上仍有一定的振蕩并且小車行駛的穩(wěn)定性不是很強(qiáng)，往往在同一賽道上每一圈的時(shí)間有一定的差別，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們進(jìn)行了一系列的有針對(duì)性的測(cè)試盡量將振蕩降到最小，使其具有更好的穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)1 MC9S12DT128BDGV1 Device User Guide2 MC9S12ATD10B8CV2 Device User Guide3 MC9S12BDLCV1 Devi

17、ce User Guide4 MC9S12BFV1 Device User Guide5 MC9S12CRGV3 Device User Guide6 MC9S12DT128PIMV1 Device User Guide7 MC9S12ECT16B8V1 Device User Guide8 MC9S12EETS2KV1 Device User Guide9 MC9S12FTS128KV1 Device User Guide10 MC9S12IICV2 Device User Guide11 MC9S12MSCANV2 Device User Guide12 MC9S12PWM8B8CV1 D

18、evice User Guide13 MC9S12SCIV2 Device User Guide14 MC9S12SPIV2 Device User Guide15 MC9S12VREGV1 Device User Guide16邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法. 北京：清華大學(xué)出版社，200417王宜懷，劉曉升.嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程. 北京：清華大學(xué)出版社，200518 黃繼昌.無(wú)線電愛(ài)好者實(shí)用資料圖表集. 北京：人民郵電出版社，199119秦曾煌.電工學(xué)上下冊(cè) 電子技術(shù)(第五版). 北京：高等教育出版社，1999附錄程序代碼：#include <hidef.h> /*

19、common defines and macros */#include <mc9s12dg128.h> /* derivative information */#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12dg128b"unsigned char ctrl; unsigned char speed9; unsigned int turn9; unsigned char ATD; unsigned int turn_drive=1500;unsigned char speed_ref=0;int turn_change=0; unsig

20、ned char speed_drive=200; unsigned char left=0; unsigned char right=0; unsigned char counter;/ -AD初始化 - void AD_Init(void) ATD0CTL2 = 0xC0; /控制寄存器2： 上電，標(biāo)志位快速清零 ATD0CTL3 = 0x08; /一個(gè)通道轉(zhuǎn)換，非FIFO模式 ATD0CTL4 = 0x85; /轉(zhuǎn)換精度8位，2個(gè)AD轉(zhuǎn)換周期，最高AD轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為2MHz，即：24MHz/(5+1)*0.5=2MHz ATD0CTL5 = 0x80; /八位精度只能采用右對(duì)齊方式，結(jié)果數(shù)據(jù)

21、無(wú)符號(hào)表示，選擇多路轉(zhuǎn)換，通道選擇碼為000(cc,cb,ca)即從0通道開(kāi)始的3個(gè)通道被采樣 ATD0DIEN = 0x00; / 禁止數(shù)字輸入緩沖 /-中斷口H初始化-void PORTH_Init() DDRH=0x00; PIEH=0xFF;/H口中斷允許 PPSH=0xFF; void PORTK_Init() DDRK=255; PORTK=6; /IN2=0;D1=0;D2=1;/-計(jì)數(shù)、定時(shí)初始化- void ECT_init() PBCTL = 0; DLYCT = 0; ICPAR_PA0EN=0; TCTL4_EDG0A=1; MCCTL_MODMC=1; ICPAR_P

22、A0EN=1; MCCTL_MCZI = 1; MCCTL_MODMC = 1; MCCTL_MCPR = 3; MCCTL_RDMCL = 1; MCCNT = 50000; TSCR1_TEN = 1; MCCTL_MCEN = 1; /-PWM初始化-void PWM_init() PWMCTL_CON01=1;/0和1聯(lián)合成16位PWM； PWMCNT01 = 0;/計(jì)數(shù)器清零； PWMPOL_PPOL1=1;/先輸出高電平，計(jì)數(shù)到DTY時(shí)，反轉(zhuǎn)電平 PWMPRCLK = 0; /clockA不分頻； clockA=busclock; PWMSCLA = 12; /對(duì)clock sA

23、進(jìn)行24分頻；pwm clock=clockA/24=1MHz; /pwm0、1 ,前輪電機(jī) PWMDTY01 = turnctrl; /高電平時(shí)間為1.5ms; PWMPER01 = 20000; /周期20ms； 50Hz; PWMCLK_PCLK1 = 1; /選擇clock sA做時(shí)鐘源； PWME_PWME1 = 1;/允許PWM1 /PWM5后輪電機(jī) PWMCNT5 = 0; PWMPOL_PPOL5=1; PWMDTY5 = speedctrl; PWMPER5 = 255; PWMCLK_PCLK5 = 1; PWME_PWME5 = 1; return; /-H口中斷處理函數(shù)

24、-#pragma CODE_SEG NON_BANKED interrupt void H0_Interrupt(void) DisableInterrupts; /關(guān)中斷 if(PIFH=0b00000100 ) /(3)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=3; left=1; right=0; else if(PIFH=0b00001000 ) /(4)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=4; left=0; right=1; else if(PIFH=0b00010000) /(5)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=5; left=1; right=0; else if(PIFH=0b00100000 ) /

25、(6)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=6; left=0; right=1; else if(PIFH=0b01000000 ) /(7)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=7; left=1; right=0; else if(PIFH=0b10000000 ) /(8)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=8; left=0; right=1; else if(PIFH=0b00000011 ) /(1)、(2)傳感器同時(shí)檢測(cè)黑線； ctrl=0; left=0; right=0; else if(PIFH=0b00000001) /(1)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=1; left=0; right=0; el

26、se if(PIFH=0b00000010 ) /(2)傳感器檢測(cè)黑線； ctrl=2; left=0; right=0; turn_drive = turnctrl; speed_ref = speedctrl; speed_drive=200; PWME = 0; PIFH=255; PWMDTY01 = turn_drive; PWMDTY5 = speed_drive; PWME = 34; EnableInterrupts; asm("RTI"); /中斷返回/-T0定時(shí)中斷- interrupt void T0_Interrupt(void) counter =

27、 PACN0; PACN0 = 0; TFLG2_TOF = 1; MCFLG_MCZF = 1; if(ctrl=1) turn_drive-; else if(ctrl=2) turn_drive+;/-控制子程序- void control() if(ctrl=0) if(counter<speed_ref)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(ctrl=1)|(ctrl=2) if(counter<speed_ref-1)&&(speed_drive<255) speed_drive+; else if(counter>speed_ref) speed_drive-; else if(ctrl=3)|(ctrl=4) i