第一篇：飛思卡爾智能車比賽個人經驗總結

先靜下心來看幾篇技術報告，可以是幾個人一起看，邊看邊討論，大致了解智能車制作的過程及所要完成的任務。

看完報告之后，對智能車也有了大概的了解，其實總結起來，要完成的任務也很簡單，即輸入模塊——控制——輸出。

（1）輸入模塊：各種傳感器（光電，電磁，攝像頭），原理不同，但功能都一樣，都是用來采集賽道的信息。這里面就包含各種傳感器的原理，選用，傳感器電路的連接，還有傳感器的安裝、傳感器的抗干擾等等需要大家去解決的問題。

（2）控制模塊：傳感器得到了我們想要的信息，進行相應的AD轉換后，就把它輸入到單片機中，單片機負責對信息的處理，如除噪，篩選合適的點等等，然后對不同的賽道信息做出相應的控制，這也是智能車制作過程中最為艱難的過程，要想出一個可行而又高效的算法，確實不是一件容易的事。這里面就涉及到單片機的知識、C語言知識和一定的控制算法，有時為了更直觀地動態控制，還得加入串口發送和接收程序等等。

（3）輸出模塊：好的算法，只有通過實驗證明才能算是真正的好算法。經過分析控制，單片機做出了相應的判斷，就得把控制信號輸出給電機（控制速度）和舵機（控制方向），所以就得對電機和舵機模塊進行學習和掌握，還有實現精確有效地控制，又得加入閉環控制，PID算法。

明確了任務后，也有了較為清晰的控制思路，接下來就著手弄懂每一個模塊。雖然看似簡單，但實現起來非常得不容易，這里面要求掌握電路的知識，基本的機械硬件結構知識和單片機、編程等計算機知識。最最困難的是，在做的過程中會遇到很多想得到以及想不到的事情發生，一定得細心地發現問題，并想辦法解決這些問題。

興趣是首要的，除此之外，一定要花充足的時間和精力在上面，畢竟，有付出就會有收獲，最后要明確分工和規劃好進度。

第二篇：飛思卡爾智能車總結

關于飛思卡爾智能車尋跡

飛思卡爾智能車競賽是飛思卡爾公司贊助的由全國本科院校共同參與的一項大學生科技競賽。今年安徽省作為第一屆省級賽區，很榮幸我們專科院校也有機會共同參與。因為專業知識的匹配我們系在我們專業選拔了一些同學，我很高興能和我的隊員們并肩作戰。由于我們學校是第一參加一點經驗都沒有，指導老師也是和我們一步步探索。我們這次使用B型車做的是光電尋跡。根據需要老師把這次任務劃分為幾個模塊（尋跡模塊、電源模塊、驅動模塊、測速模塊）我的任務是做好尋跡模塊。剛開始對于黑白尋跡，我唯一的感覺就是“神奇”。后來查閱資料，通過老師的講解，知道了它的尋跡原理。所謂的尋跡就是根據黑白顏色的反光程度不一樣（白色全部反射，黑色全部吸收），來判別黑白線。

對于我們來說沒有學過傳感器的知識，在這方面還是有點含糊，所以自己專門花了一段時間來學習傳感器，通過自己的學習懂得了傳感器在電路中的作用。之后的一段時間就是對材料的選取，市場上的光電管品類繁多，每個學校用的也不一樣，我們要的是一款適合自己車的光電管，剛開始我在網上找了一些電路圖，并在南京買進了一些光電管，焊接好電路候發現跟本沒有達到自己想要的那種結果，之前一直以為是光電管的原因，后來又把光電發射與接受一體管改上去還是不行。那段時間一直耗在那個電路上停滯不前，一直想不通是什么原因。也許是靈感的，也許是出于好玩我改變了和接收管串聯的電阻阻值（把

原

來的10K

改

為

100K）得到了意想不到的效果——在不加套管的情況下接收距離提高到了十幾厘米。但是對于這樣的結果還是有些不理想因為為防止光電管之間互相的影響每個光電管得加上套管，在這種情況下我們買的光電管達不到要求。通過上網查詢，翻閱資料，和一次次的實驗我們最后選用了合肥一家的光電管（型號）。在這里我想說的是別人的經驗可以做參考但是不一定能做為自己的，就像我前面選擇光電管的電路圖，那也許對有些場合適用。作為探索階段一步步的實驗永遠是最關鍵的。

選好光電管之后就是焊接電路，通過借鑒其他學校的經驗，我們的初定方案是用14對光電管。由于條件的限制我們采用的是普通的面包板焊接電路，普通的板子最大的缺點就是長度和寬度不夠，而且布局也不自由，通過決定我們用兩塊板子拼接在一起，多用外接電路線來搭接電路。因為我們學校提倡的是動手能力，焊接這樣普通的板子我們每個同學都能很好的完成，唯一的區別就是走線比較多那就要看每個人設計和審美觀。

把板子焊好后我制作的硬件就告一段落。

第三篇：飛思卡爾直立車經驗總結

飛思卡爾直立車經驗總結

1.車模運動任務分解：車模平衡、車模速度、車模方向。其中，車模的平衡是通過電機的正反向運動實現的；車模的速度是通過控制電機的轉速（實質是通過輸出不同占空比的PWM波來實現的）；車模的方向控制則是通過電機的轉動差速來實現的。其中，車模的直立控制是關鍵，車模的速度控制在小車上表現為調節自身車模傾角達到以給定速度運行的目的。歸根結底，車模的三種控制最終都要回歸到通過調節PWM波分別控制兩個電機的轉速來實現。

2.陀螺儀和加速度計的安裝問題：兩傳感器最好安裝在車模中心或偏下位置，稍微偏上或偏一側也可以，偏一側的話會使方向陀螺儀在左右轉向時輸出有差異，造成不對稱的輸出，對于車模的方向調節會有一定的影響。另外需要注意：陀螺儀輸出的模擬電壓值很小，一般需要放大10倍左右，而加速度計的輸出相對陀螺儀而言較大，并且也符合AD轉換的模擬電壓的范圍，無需再放大。由于購買的陀螺儀和加速度計模塊都是廠家集成處理好的，外接的放大電路已經連接好了，故只需買現成的模塊使用就行了，無需再自個搭建陀螺儀的外接放大電路了。

3.陀螺儀和加速度計的功能：陀螺儀是用來測量車模的角加速度的，其輸出是與車模前傾或后仰的角速度成正比的模擬電壓值。加速度計是用來測量車模傾角的，其輸出是與車模傾斜角度成正比的模擬電壓值。注意，兩個傳感器的輸出的模擬電壓值都是正值，如果使用12位的AD轉換精度，那么它們輸出的電壓值都在0~4095之間，且都是整數。

4.車模的三種控制之間的關系：由于車模的直立控制是關鍵，因此，在控制其他兩個量時，應盡量減少對車模直立控制的干擾。三種控制最終都是通過控制車模的兩個電機來實現，故它們之間存在著一定的聯系。在分析一種控制時，可以先假設另外兩種控制都以達到平衡。從控制的角度看，車模作為一個控制對象，其控制輸入量是兩個電機的轉動速度。

5.傳感器極性問題：傳感器安裝在車模的前面或后面（在同一面正著按或反著按）時車模前傾或后仰對應的模擬電壓值可能會相反，這就是傳感器的極性問題。比如在車模的轉向控制中使用的車模轉向陀螺儀的Z軸朝上與朝下，對應的車模轉向角速度的極性恰相反，從而影響車模方向控制微分控制量與比例控制量之間的加減關系。測量車模傾角的陀螺儀應該水平安裝（必須注意），而測量車模轉向的陀螺儀則應該豎直安裝。車模在轉彎時既有平動又有轉動，如果陀螺儀安裝的不水平，就會在Z軸方向存在一個分量，該分量可能正也可能負，從而使車模控制仿佛感覺是在上下坡，引起車模的加減速運動。

6.電機控制的注意事項：對電機的控制要有一個過渡階段，不能一下子使其電壓從正變為負，否則輸出電流變化太大對電機不利。另外也要注意電機的死區電壓（在0的正負附近區域內）。電機控制中的PWM波的占空比值總是正的，最小為0.7.軟件部分說明：由于牽涉到車模的直立控制，算法的實現對時間要求較為苛刻，可用定時中斷實現相應的控制，但應注意每一步的用時都不應超過定時周期的最小劃分時間（如果是1ms定時，就不能超過1ms）。為了達到平滑控制的目的，可以將速度控制劃分在20*5的控制周期內來實現。算法的優化有時候也很重要，注意編程時的靈活性。

8.傳感器采集信息的處理：模擬量的采集的處理方法是多次采集求均值作為最終有效值，有時還要舍去前面剛上電時的幾個壞值。對采集回來的模擬電壓值要做單位的統一，故需要經過一定的系數的乘除的轉換才行。

9.直立控制中涉及到的幾個待定參數：車模的角度補償時間常數Tz（Tg）、陀螺儀比例系數Rgyro、加速度計比例系數Rz、直立陀螺儀的零偏值GyroZeroOffset_stand、方向陀螺儀的零偏值GyroZeroOffset_direction、加速度計的零偏值AccZeroOffset、加速度計的最大值ACC_MAX、最小值ACC_MIN、角度PID參數的P值和D值、速度PID參數的P值和I值、方向PID參數的P值和D值以及電機的死區電壓（也可以不管）等。建議以上各參數盡量都使用動態測量值，比如零偏值可以采用在當前環境下實時采集的值作為有效零偏值，這比預先在一種環境下采集好，到另一種環境下使用效果好，因為可以有效地抑制陀螺儀的溫漂所帶來的影響。

10.角度補償時間常數Tz的整定：該參數決定了抑制陀螺儀積分漂移的能力，也決定了車模速度控制中角度跟蹤的速度，同時決定了抑制重力加速度中干擾信號的能力。該參數的調整會同時影響到角度和速度的控制，其中對角度的影響較為顯著。一般取Tz在1~4之間的某個數值（可以是小數），最好取得稍微大一點，開始時可以取3~4秒左右。如果陀螺儀零點漂移很小，可以適當增加該補償時間常數；如果陀螺儀零點漂移大，那么可以逐步減小這個補償時間常數。在減小時間補償常數時，會發現車模會出現來回擺動的現象。這個現象和車模角度控制時，比例值過大時產生的車模擺動現象一致。故此時可以適當增加角度控制參數中微分參數D來抑制車模擺動的現象。其他參數的整定見官方方案及視頻。

11.程序中變量的管理：全局變量的定義形式為：g_fGyroscopeAngleSpeed（陀螺儀角速度變量），打頭的g表示global，全局的意思；下劃線后面的f表示float，單精度浮點型數據，后面的即為要定義的變量，使用英文定義，簡單、易讀。其中f可以換成c：char，n：int，lf：double，ln：long int。12.關于濾波的研究：傳感器采集回來的模擬電壓值總會摻雜很多干擾信號，為了濾除這些干擾必須進行合理的濾波處理。濾波可以采用軟件濾波和硬件濾波。兩種濾波方法各有優劣，但我們一般采用軟件濾波。軟件濾波常用的有互補濾波和卡爾曼濾波。互補濾波的效果不及卡爾曼濾波，但對于車模的直立控制已經足夠，為取得更好地濾波效果可以對卡爾曼濾波進行研究。看懂理論不難，關鍵是如何用程序去實現，這才是關鍵。

13.角度和速度PID參數正定的說明：角度調節：先調P后調D，P值過大，車模震蕩，此時增加D值，D過大，車模高頻抖動，此時再增加P值。P參數相當于倒立擺的回復力，這個參數必須大于重力加速度g的等效數值時車模才能夠保持直立。微分參數D相當于阻尼力，它會使車模盡快恢復穩定，保持靜止。速度調節：先調I后調P，I參數可以加快調速速度，過大則會造成車模的震蕩，車模來回擺動，此時增加P值，P過大車模前后震蕩。P參數的作用是抑制速度調節過程中的過沖，該參數過大會反過來削弱角度調節的P參數的作用。車模的各個參數分別整定完畢后，在車模進入賽道運行時有可能還要調節個別參數以使車模運行的效果更佳。

14.硬件部分介紹：硬件部分主要分為三個模塊：電源模塊、驅動模塊、控制模塊（主板部分<最小系統>）。設計電路時一定要考慮共地問題，設計的電路板必須要做到所有的元器件的參考地是同一個地。最好為每一個模塊設計一個開關，并配上指示燈。電路結構盡量精巧緊湊，充分利用空間。盡量減少杜邦線的使用，避免車模連線的復雜性。? 感悟：做一輛精致漂亮的小車是一門藝術，所以一開始就要為它的結構布局做好考慮，美的東西自己也

會喜歡，做工粗糙、瑕疵就會影響小車的整體美感，這無形中也影響到了自己對待所做小車的態度。車模的制作

過程喜悅與失落交替，但每個問題的解決都在證明著你的進步，你在收獲。做自己喜歡的，喜歡自己做的。

奮斗吧，騷年！

第四篇：飛思卡爾智能車獲獎感言

腳踏實地 艱苦風斗

我有幸能夠參加 2011年全國點學生飛思卡爾智能車競賽，在這次競賽中我們學到了很多，有專業方面的知識，比如單片機，各類傳感器，不同芯片間的通信等等，也學會了一些書本上沒有的東西，比如團隊合作，如何網上購買到好的元器件，如何布局 PCB 板上各個元器件的位置等。

為了這次比賽，學校提前好久就開始準備了。只是我們的課程比較多，平時去實驗室的機會不是很多，為此我們也很傷腦筋。終于等到寒假了，我們幾個全身心的投入到這次比賽的準備中。每天早上起來買點早餐就直奔實驗室，白天動手做下硬件，晚上回到宿舍在就看下理論，聯系編程。這樣的日子我們一點都沒有感覺到累，每天都希望自己會學到更懂得東西，好似餓了許久的動物，得到了食物一般。每天感覺都那么充實，想想大學里前兩年學到的東西還沒有那個寒假學到的東西多。

寒假里我們把歷屆的技術報告都看了看，這期間學到不少東西，尤其是對各類元器件的認識及使用。真是受益匪淺。

接下來就是一些以前失敗的經驗，希望能有所參考。

比賽前在不注重實際賽道和自己練習賽道的區別，賽道一變，以前調試的結果都將無效。所以，謹記一點，一定要吧硬件做好，比賽前一定好好利用好試車時間，多注意自己的賽道和比賽的賽道的區別，注意摩擦程度，光線的亮暗，空氣的潮濕程度等。

其次是傳感器的安裝，這次我們選用的是激光做傳感器。這個傳感器相比其它傳感器有很多優點，比光電的射的遠，而且穩定性高，但是激光的很貴，所以提前一定要看好電路圖，安裝一定要夠穩固，不然后期傳感器壞起來就頭疼了。我們以前有好多關鍵時刻傳感器出問題失敗的例子，不勝枚舉，經驗慘痛。如果安裝不好，系統不夠穩定，導致在比賽失敗，而且平時調試浪費了好多寶貴的調試時間。這一點，謹記，硬件固定一定要牢固。

其次是裝配，各個模塊間的連接線固定不牢靠。使得導線接觸不良，導致小車參賽時好幾次沖出跑道（其中一個傳感器的輸入信號接觸不良造成的）。所以千萬別忽略細節，各個連接一定要注意穩固。

其次是我們編程能力，一定要狠練習編程能力，定這樣可以大大節省時間，提高效率，以前經常有編程不熟練，到這小車出現各種狀況都不知道是什么導致的，定時器，計數器的使用不夠熟練，浪費了好多時間。

團隊間成員不夠信任，不能完全信任對。當出現問題時，做硬件的懷疑軟件，做軟件的懷疑硬件問題。所以隊員之間的團結問題一定喲啊解決好，不然只能讓人停止不前。

以上是一些經驗教訓，以下是一些感想。

參與這次飛思卡爾智能車競賽，是我的榮幸同時我也感覺有很多收獲。我感覺最基本的電路知識和模電知識非常重要，控制原理，和單片機知識更是關鍵，原來好多東西學過了，都只當做書本知識來記，根本沒想過如何應用，然而實際工程中真正碰到了才明白原來當初學這東西是這么個作用。比如PID整定，比如模電中三極管的應用和運放的應用，都很有用。

經歷了這次飛思卡爾智能車競賽我覺得經驗很重要，許多電路不管簡單還是復雜，第一次搭建、調試的時候總是讓人相當惱火，但是有過一次經驗就好了，以后再碰到類似的情況就熟練得多。有許多小車的問題，比如突然跑偏，或者彎道跑出，都需要一定的經驗，在比賽中出現類似的問題都能夠及時快速的解決。

在小車運行的過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的算法可以行得通，但實際接上電，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。常常會面對一個算法一頭霧水無從下手，別急，要有耐心，多想多問。好多問題你沒遇到過就根本搞不明白怎么回事，但是一旦懂了，它就變得很簡單，從此再也不會找你麻煩。

多動手多試也很重要，不要只對著圖紙或者資料上的電路和算法看，好多算法要親自調試一遍才弄得懂。正所謂實踐出真知，怕麻煩是不可取的，多動手多實踐，理論與實踐相結合，做得多了經驗就多了。

在劉沛老師的具體指導下，整個飛思卡爾智能車競賽有條不紊、循序漸進的進行，無論哪個階段，我們都有所收獲、有所長進。期間我們遇到過挫折，遇到過麻煩，因為某些外因而使創新進程延誤過，但我們不畏困難，及時的糾正錯誤，調整策略，嚴格保證飛思卡爾智能車競賽的科學有序進行。整個活動下來，我感觸頗深，經歷了很多，也學到了好多。

只有竭力全力，才能更接近完美。這次飛思卡爾智能車競賽，滲透了我們這個團隊每一位成員的心血。無論是前期準備，還是后期實施，每個環節我們都竭盡所能，通過各種渠道，利用各路資源，使整個飛思卡爾智能車更加完善。

只有相互協作，才能齊力斷金。合理分工，團結一心是提高效率，完成共同目標的關鍵。在我們的分工協作下，這些不同模塊的設計，我們既有合作又有分工，總的來說進行的還是比較順利。在其中學習到了很多東西，不僅是學習方面的還有做人，人生方面的知識。在這期間的收獲讓我終生難忘。

只有用心溝通，才能有所收獲。熱情是敞開心扉的鑰匙，真誠是促進溝通的法寶。我們本次飛思卡爾智能車競賽得到了學校各方面的大力支持，得到了很多認識的不認識的老師全力配合。我們得到的不僅僅是實驗室的先進設備還有實驗室便利的實驗條件，在這里一一向他們表示感謝。沒有他們的幫助我們不可能這么順利的進行我們的飛思卡爾智能車競賽。

在本次飛思卡爾智能車競賽中切實讓我感受到實踐是學生學習知識，運用知識的最好途徑。親身實踐也增強了我們認識問題、分析問題、解決問題的能力。誰說年少輕狂的我們經受不住風雨的洗禮？誰說象牙塔里的我們兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書？走出校園，踏上社會，我們一定能為自己的未來書寫一份滿意的答卷。

生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次比賽，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義。我想說，這次智能車競賽苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產生興奮；于是我們決定沿著自己的路執著的走下去。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人并且個人也離不開團隊，因此我們必須發揚團結協作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗，只有一個人知道原理是遠遠不夠，必須讓團隊內所有成員都知道，否則一個人的錯誤就有可能導致整個飛思卡爾智能車競賽的失敗。團結協作是我們實習成功的一項非常重要的保證，而這次飛思卡爾智能車競賽也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的經驗將知道我們以后的道路走的更順利。

這次飛思卡爾智能車競賽終于順利完成了，在這其中遇到了很多專業知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于迎刃而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我幫助的所有同學和各位學校老師再次表示忠心的感謝！

對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次飛思卡爾智能車競賽必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！

第五篇：飛思卡爾智能車邀請賽畢業論文

“飛思卡爾”杯全國大學生智能車邀請賽

作 者專業班級學 號成 績指導教師——技術報告

中國·北京

二○ 年 月

目錄

目錄................................................................................................................................................2

摘 要..........................................................................................................................................3 關鍵詞.........................................................................................................................................3 1.引言.......................................................................................................................................3 1.賽事介紹............................................................................................................................4 1.方案介紹............................................................................................................................4 1.技術報告內容安排............................................................................................................4 2.技術方案概要說明...................................................................................................................4 3.機械設計.................................................................................................................................5 3.1

PCB板的安裝....................................................................................................................5 3.2

前輪參數調整....................................................................................................................5 3.3

舵機的升高方案................................................................................................................6 3.齒輪傳動機構調整............................................................................................................6 3.速度傳感器的安裝固定....................................................................................................6 3.6.后輪差速機構調整...........................................................................................................6 4.結論..........................................................................................................................................7 4.1

本系統的所具有的特點....................................................................................................7 4.2

本系統存在的問題............................................................................................................7

摘 要

（選題動機）曾獲三等獎比賽項目。

（中心思想）飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽是。

（段落大意）本文主要介紹了第六屆Feeescale智能車大賽過程的工作成果。只能車得硬件采用帶MC9S12DPS512處理器的S12環境，軟件

平臺為CodeWarrior IDE 4.6開發環境，車模采用大賽組委會統一提供的1：10 的仿真車模。文中介紹了智能小車控制系統的軟硬件結構和開發流程。整個系統涉及車模機械結構調整、傳感器電路設計及信號處理、控制算法和策略優化等多個方面。為了提高智能賽車的行駛速度和可靠性，試驗了多套方案，并進行升級，結合Labview 仿真平臺進行了大量底層和上層測試，最終確定了現有的系統結構和各項控制參數。

關鍵詞

智能車；激光管；PID控制；舵機

1.引言

1.1

賽事介紹

“飛思卡爾杯”智能車大賽起源于韓國，是韓國漢陽大學汽車控制實驗室在飛思卡爾半導體公司資助下舉辦的以HCSl2單片機為核心的大學生課外科技競賽。組委會提供一個標準的汽車模型、直流電機和可充電式電池，參賽隊伍要制作一個能夠自主識別路徑的智能車，在專門設計的跑道上自動識別道路行駛，誰最快跑完全程而沒有沖出跑道并且技術報告評分較高，誰就是獲勝者。參賽選手須使用大賽組委會統一提供的競賽車模，推薦采用飛思卡爾16控制器MC9S12DG128作為核心控制單元，自主構思控傳感器信號采集處理、控制算法及執行、動力電機驅動、轉向舵機控制等，完成智能車工程制作及調試，于指定日期與地點參加場地比賽。參賽隊伍之名次（成績）由賽車現場成功完成賽道比賽時間為主，技術方案及制作工程質量評分為輔來決定，車模改裝完畢后，尺寸不能超過：250mm 寬和400mm長，高度無限制，跑道寬度不小于600mm，跑道表面為白色，中心有連續黑線作為引導線，黑線寬25mm，并且跑道有坡道。

1.2

方案介紹

在方案設計的過程中，我們參閱了很多兄弟院校的往屆大賽技術報告，但是，基于本次大賽的比賽要求，即車跑兩圈中只要有一圈結束后停車便算入成績，所以我們采取跑一圈停車的策略。由車手根據車跑第一圈的狀況，通過按鍵，適當改變參數。這樣便舍棄了風險性很大的記憶算法。對于LED組來說，提高小車的速度和穩定性，其實際問題是如何更早且更好的提取到賽道信息。所以我們采取的策略是激光傳感器加人工調參，共同實現我們的目標。這樣不僅可以提高賽車的前瞻性，使賽車的穩定性提高。而且可以在第二圈中，對賽車狀態進行人工校正，提高成績。

1.3

技術報告內容安排

本技術報告的正文分為四個部分。第一部分是對整個系統實現方法的一個概要說明，主要內容是對整個技術方案的概述；第二部分是對系統機械結構的說明，主要介紹系PCB板的固定和安裝、前輪參數調整和舵機的升高等；第三部分是對硬件電路設計的說明，主要介紹系統傳感器的設計及其他硬件電路的設計原理、創新點和實現過程等；第四部分是對系統軟件設計部分的說明，主要內容是智能模型車設計中主要用到的控制理論、算法說明及代碼設計介紹等。

2.技術方案概要說明

本模型車的制作的主要思路是利用激光管來判別前方的跑道軌跡，并將信息采集到S12單片機中。在S12單片機中利用一定的算法來控制模型車的運行狀態。

模型車的控制系統包括電源管理模塊、MCU模塊、路徑識別模塊、電機驅動模塊、舵機控制模塊、轉速測量模塊、按鍵控制模塊、無線串口傳送模塊等。在整個系統中，由電源管理模塊實現對

其他各模塊的電源管理。其中，對單片機、激光管、測速電路、按鍵電路提供5V電壓，對舵機提供6V電壓，對無線串口提供12V電壓。

本模型車是由后輪驅動的，路徑識別模塊則采用激光管傳感器尋跡方案。即路徑識別電路由12對光電發送與接收管組成。由于賽道中存在軌跡指示黑線，落在黑線區域內的光電接收管接收到反射的光線的強度與白色的賽道不同，進而在光電接收管兩端產生不同的電壓值，由此判斷行車的方向。路徑識別模塊會將當前采集到的一組電壓值傳遞給MCU模塊。轉速測量模塊則安裝在車尾部，它會測量出模型車行駛過程中的瞬時速度。按鍵控制模塊會設定模型車在行駛過程中一些較重要的參數，如：直道速度、彎道速度等。測量出的瞬時速度將輸入到單片機中，以幫助分析確定模型車下一步的速度、轉角等。無線串口傳送模塊會同LABVIEW顯示傳感器檢測值和模型車的速度等參數，以方便對整車進行調試。MCU模塊會根據按鍵的設定值，路徑識別模塊采集到的電壓值以及轉速測量模塊反饋回的瞬時速度值等綜合分析，采用一定的算法對舵機和直流電機進行控制。以上即是技術方案的概要說明。

3.機械設計

本模型車機械設計的部分主要包括，PCB板的固定與安裝、前輪參數調整和舵機的升高

3.1

PCB板的安裝

對本模型車的信號采集電路，我們設計了一塊PCB板。PCB板安裝在模型車的前方。綜合考慮激光管的探測距離、模型車的行駛速度以及更好的配合軟件的控制算法，我們將光電傳感器信號采集電路的PCB板安裝在距舵機的距離為8cm,距路面的距離為12cm的位置。PCB板上均勻分布了12對光電發射管和接收管。

此外，我們還設計了另兩塊PCB板。一塊上面包含了電源管理模塊電路，另一塊包含直流電機驅動電路。在組裝過程中，我們利用原有的模型車后部原有的兩個支架和兩個承接螺釘將其固定在車模的后部。其固定的位置離地的高度為6.5cm。在其下方，放置著模型車的電池。在車中央，則固定著S12模塊。

3.2

前輪參數調整

調試中發現，在賽車過彎時，轉向舵機的負載會因為車輪轉向角度增大而增大。為了盡可能降低轉向舵機負載，對前輪的安裝角度，即前輪定位進行了調整。

前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩定性，轉向輕便和減少輪胎的磨損。前輪是轉向輪，它的安裝位置由主銷內傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4 個項目決定，反映了轉向輪、主銷和前軸等三者在車架上的位置關系。

1、主銷內傾是指主銷裝在前軸略向內傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。角度越大前輪自動回正的作用就越強烈，但轉向時也越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱。

2、主銷后傾是指主銷裝在前軸，上端略向后傾斜的角度。它使車輛轉彎時產生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉方向相反，迫使車輪偏轉后自動恢復到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩定性也愈好。

3、主銷內傾和主銷后傾都有使汽車轉向自動回正，保持直線行駛的功能。不同之處是主銷內傾的回正與車速無關，主銷后傾的回正與車速有關，因此高速時后傾的回正作用大，低速時內傾的回正作用大。

4、前輪外傾角對汽車的轉彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉向安全性和轉向操縱的輕便性。前輪外傾角俗稱“外八字”，如果車輪垂直地面一旦滿載就易產生變形，可能引起車輪上部向內傾側，導致車輪聯接件損壞。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度約在1°左右。

5、所謂前束是指兩輪之間的后距離數值與前距離數值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力會自然將輪胎向內偏斜，如果前束適當，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內外側磨損的現象會減少。

經過與賽道的磨合，本隊智能車前輪角度調整為前輪外傾角為-3°，其他皆為0°。

3.3

舵機的升高方案

為了提高舵機的響應速度，可以考慮延長舵機的擺臂。在正常情況下，車輪從最左側轉到最右側，舵機需要轉動50。而將擺臂伸長之后，車輪從最左側轉到最右側，舵機只需要轉動30。從理論上講，這樣可以在舵機性能一定的情況下，提高車輪轉向的響應速度。本隊擺臂長為4.5cm。

舵機升高之后，直線行駛狀態下的車輪定位參數尤其是前束值會發生變化，這時需要稍微調整兩根轉向拉桿的長度，將前束值調整至合理的范圍內。擺臂加長后，舵機空程會明顯，但是差別不大，通過程序微調舵機最大轉角能夠休整，所以可以忽略。

3.4

齒輪傳動機構調整

賽車后輪采用RS-380SH-4045 電機驅動，由競賽主辦方提供。電機軸與后輪軸之間的傳動比為 9：38（電機軸齒輪齒數為18，后輪軸傳動輪齒數為76）。齒輪傳動機構對賽車的驅動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當，會大大增加電機驅動后輪的負載，從而影響到最終成績。調整的原則是：兩傳動齒輪軸保持平行, 齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，白白浪費動力;傳動部分要輕松、順暢，容易轉動，不能有卡住或遲滯現象.判斷齒輪傳動是否調整好的一個依據是,聽一下電機帶動后輪空轉時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載加大。調整好的齒輪傳動噪音小，并且不會有碰撞類的雜音。

3.5

速度傳感器的安裝固定

將一個半徑略比電機齒輪半徑較大的機械鼠標齒輪貼在電機齒輪上，隨電機一起轉動。同時，將JK122固定于后輪電機的支架上，能夠使機械齒輪穿過JK122。這樣，車輪每轉動一齒，傳感器都會檢測到黑線一次，向MCU輸出脈沖一次。它被安裝在了車的尾部。安裝過程中，我們用了兩顆螺釘將其固定在了模型車尾部的底架上。

隨著齒輪轉動時，光電管接收到的交替變化的高低電脈沖。設置S12 的ECT 模塊，同時捕捉光電管輸出的電脈沖的上升沿和下降沿。通過累計一定時間內的脈沖數，或者記錄相鄰脈沖的間隔時間，可以得到和速度等價的參數值。我們已知：輪胎一圈周長為16.7cm。設齒輪上共有e 個孔，即輪胎轉動一圈將引起e 個脈沖數累積。假設對脈沖數累積的時間為t，在這段時間內共獲取了n 個脈沖數累積。則賽車速度為： 公式1： V=16.7（N/e）* T 3.6.后輪差速機構調整

差速機構的作用是在賽車轉彎的時候，降低后輪與地面之間的滑動；并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機。當車輛在正常的過彎行進中(假設：無轉向不足亦無轉向過度)，此時4 個輪子的轉速(輪速)皆不相同，依序為：外側前輪＞外側后輪＞內側前輪＞內側后輪。

此次所使用賽車配備的是后輪差速機構。差速器的特性是：阻力越大的一側，驅動齒輪的轉速

越低；而阻力越小的一側，驅動齒輪的轉速越高?以此次使用的后輪差速器為例，在過彎時，因外側前輪輪胎所遇的阻力較小，輪速便較高；而內側前輪輪胎所遇的阻力較大，輪速便較低。差速器的調整中要注意滾珠輪盤間的間隙，過松過緊都會使差速器性能降低，轉彎時阻力小的車輪會打滑，從而影響賽車的過彎性能。好的差速機構，在電機不轉的情況下，右輪向前轉過的角度與左輪向后轉過的角度之間誤差很小，不會有遲滯或者過轉動情況發生。

4.結論

4.1

本系統的所具有的特點

設計制作過程當中，通過小組成員的努力思考與探索，同時結合韓國以往比賽中的優點，我們在以下幾個方面引入了自己的設計特色：

1、鑒于路徑識別模塊的性能對整個系統運行的重要作用，本系統采用了激光管的路徑識別方案，大大提高了系統識別路徑的精度。

2、在本系統中，巧妙地使用機械鼠標齒輪結合GK122構成速度檢測模塊，在保證足夠的測量精度的同時，大大減輕了系統的重量和成本。

3、另外制作了用于調試的控制器，該控制器用于賽車調試過程中的參數修正與顯示，正式比賽時并不存在于系統中。這樣在遵守規則的情況下，大大方便了調試過程。

4、在機械上精心設計，加高了舵機的位置，提高了舵機地響應時間，實現了模塊化的電路設計，在重心的調節上更加方便。

4.2

本系統存在的問題

盡管我們作了很大的努力，但是由于時間緊迫以及缺乏經驗等原因，本系統仍然存在著一些問題，主要有以下幾點：

1、比賽規則對改裝后的賽車的尺寸作了嚴格要求，在滿足要求安裝路徑識別模塊時，其視場寬度和前瞻距離都比預期減小，受到了限制。

2、賽車底盤以及速度檢測裝置的機械安裝部分為人工完成，沒有使用精密的檢測儀器輔助安裝，安裝精度受限。

3、系統控制算法采用經典的PID算法。可以考慮更加高級的控制算法以改進系統性能。對于一些先進的控制方法沒有做到深入的研究。

4、由于車輛的模塊化電路管理，在小車上出現連線過多，電路不夠整潔的情況。

5、車頭的傳感器有點靠前，使車輛的重心前移，在轉向的過程中沒有理想中輕盈。

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