第四届智能车竞赛技术报告

　　系统总体方案的设计

　　竞赛规则规定，智能车系统采用飞思卡尔的16 位微控制器MC9S12XS128 单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。在选定智能车系统采用光电传感器方案后，赛车的位置信号由车体前方的光电传感器采集，经XS12 MCU 的I/O 口处理后，用于赛车的运动控制决策，同时内部Pulse-Width 模块发出PWM 波，驱动直流电机对智能车进行加速和减速控制，以及多个伺服电机对赛车各个部位的转向进行控制，使赛车在赛道上能够自主行驶，并以最短的时间最快的速度跑完全程。为了对赛车的速度进行精确的控制，在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，经MCU 捕获后进行模糊PID 自动控制，完成智能车速度的闭环控制。此外，还增加了键盘作为输入输出设备，用于智能车的角度和方位控制。系统总体方框图如图1。

　　根据以上系统方案设计，赛车共包括七大模块：MC9S12XS128 主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块、辅助调试模块。各模块的作用如下。

　　MC9S12XS128 主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。

　　传感器模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的赛道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。

　　电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。

　　电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。

　　速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。

　　辅助调试模块主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。

　　智能车传感器模块设计

　　在确定智能车总体方案时，我们选择光电传感器的方案。为了获得更大前瞻距离，为控制系统后续处理赢得更多的时间，在从众多光电传感器中选择了大前瞻的激光传感器，前瞻距离可以达到普通光电传感器的数倍甚至十几倍，完全满足竞赛的要求。

　　1 光电传感器的原理

　　光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定波长的红外线，经地面反射到接收管。由于在黑色和白色上反射系数不同，在黑色上大部分光线被吸收，而白色上可以反射回大部分光线，所以接收到的反射光强是不一样，进而导致接收管的特性曲线发生变化程度不同，而从外部观测可以近似认为接收管两端输出电阻不同，进而经分压后的电压就不一样，就可以将黑白路面区分开来。

　　2 激光传感器的设计

　　激光传感器与普通的光电传感器原理都是一样，但是其前瞻能力远大于普通的光电传感器，可以达到40~50 cm，对于智能车来说已经足够。在竞赛中，规则规定传感器最多不能超过16 个，我们选用了15个激光传感器，所有的传感器呈“一”字排布。激光传感器由两部份构成，一部份为发射部份，一部分为接收部份。发射部份由一个振荡管发出180kHz 频率的振荡波后，经三极管放大，激光管发光;接收部份由一个相匹配180KHz 的接收管接收返回的光强，经过电容滤波后直接接入S12 单片机的PA 与PM口，检测返回电压的高低。由于激光传感器使用了调制处理，接收管只能接受相同频率的反射光，因而可以有效防止可见光对反射激光的影响。

　　为了简化15 路激光传感器的控制，减少激光传感器相互之间的干扰，传感器的控制采用了分时发光的策略，使用74LS154 作为分时控制器，由S12 的3 个IO 口来控制7 组传感器的开断，同一时间控制每组相隔最远的两路传感器发光，这样接收管就接收不到相邻传感器发射的激光了，因而达到了防止相互传感器之间干扰的目的。

　　参考文献：

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　　[2] 邵贝贝. 单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京.清华大学出版社.2004

　　[3] 王晓明. 电动机的单片机控制[M].北京. 北京航空航天大学出版社.2002

　　[4] 臧杰，阎岩. 汽车构造[M]. 北京. 机械工业出版社.2005

　　[5] 安鹏，马伟.S12 单片机模块应用及程序调试[J]. 电子产品世界. 2006.第211期. 162-163

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