飞思卡尔电磁组

电磁组竞赛车模 路径检测设计参考方案

（竞赛秘书处 2010-1，版本1.1）

一、 前言

第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。 本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。

二、设计原理

1、导线周围的电磁场

根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。如下图所示：

图1：电流周围的电磁场示意图

导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。

由于赛道导航电线和小车尺寸l远远小于电磁波的波长λ，电磁场

第五届飞思卡尔智能车电磁组获奖程序

MC9S12XS128单片机、用前置线圈检测磁感线、用无线蓝牙采集数据、干簧管检测起跑线磁铁。

#include /* common defines and macros */

#include \ /* derivative-specific definitions */ #include

/************************************************************************************

一· 全局变量声明模块

*************************************************************************************/

typedef unsigned char INT8U; typedef unsigned int INT16U;

typedef int INT32; typedef struct {

INT8U d; //存放这一

第十届“飞思卡尔”杯全国大学

生智能汽车竞赛

技术报告

学校：广西科技大学 队伍名称：电磁一队 参赛队员：周志良 黄家刚 卢可越 何静

带队教师：谭璐

伍松

技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第八届“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： 带队教师签名：

日期：

摘要

本文介绍了广西科技大学电磁一队在准备第十届飞思卡尔智能车大赛的工作成果。该系统以Freescale微控制芯片MC9S12XS128(以下简称S12)和MK60DN512ZVLQ10(以下简称K60)为核心，并以CodeWarriorIDE和AR Embedded Workbench作为系统的开发平台，车模采用大赛组委会统一提供的B和C型仿真车模。

本文主要介绍了智能车控制系统的机械结构、软硬件模块的设计过程。整个系统主要包括车模机械结构调整、传感

(第二届 中南民族) 10.3 整体策略分析

在确定的赛道上，对于机械确定的车辆，总有一个理论的最高速度。能否接近这个速度就取决于控制策略的好坏。

采用直线高速弯道低速还是直线、弯道都采用中速，在不同的赛道上可能各有优点。

与其采用一个适应各种赛道的控制策略不如使用拨码开关，根据现场不同的情况来人为调节不同的策略。

10.1 急弯

急弯在这里指半径65cm以下，圆弧超过90度的弯道。

急弯是限制智能车速度的主要因素。急弯处，摄像头将会发现车身与赛道之间的偏差，这种偏差的发现有一个过程，总是先看到较小的偏差，而后看到较大的偏差。

在看到较小偏差时（图中状态1）采用低速，大幅度偏差（图中状态2）时采用中速。在直线上采用高速。这种速度分配比直线高速，小偏差中速，大偏差低速有更好的急弯通过性能（急弯通过性能指按照规则能够顺利通过弯道的最快速度。速度越快，通过性越好）。

10.2 小蛇形弯

小蛇形弯指圆弧切点与中心线之间的距离小于8cm的弯道。如下图所示。

目的是在小蛇形弯道直线通过。

采用区间加权平均的办法处理蛇形弯。区间指只有偏差在设定的范围以内才作加权平均处理。使用九行数据作加权平均。实际加权平均的效果由于摄像头可视范围的限制，并不

哈尔滨工程大学本科生毕业论文

第1章 绪论

1.1 论文研究的背景

闭环控制是自动控制论的一个基本概念，也称反馈控制，在日常生活的各种控制实例中有具体的表现方式，比如常用交通工具中电车的速度控制，汽车的速度控制，冰箱的温度调节等，其中采用闭环控制方案对直流电机进行调速是生产生活中最常见的一种闭环控制实例。在工业自动化飞速发展的今天，利用高性能单片机来完成对仪器设备的自动化控制是其中最重要的一个环节。本文研究对象是基于Freescale单片机的移动小车控制系统设计，涉及到对直流电机的速度控制，倒车防撞报警器设计，LCD（Liquid Crystal Display）显示等功能，既应用了本科阶段所学的电路基础知识、自动控制理论知识，又充分利用了Freescale单片机的高性能与可靠性。 1.1.1 速度闭环控制系统

随着工业自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展，电机的种类不断增加，性能也更加出色。以电机为动力的车辆的自动化程度也越来越高，对车辆自动化程度的要求也越来越高，电车近几十年来发展十分迅速，直流电机电瓶车的速度控制水平也得到了极大的提高。转速控制作为电机控制中最关键的部分，具体反映到电车就是在车体速度控制上，而速度闭环控制作为重

飞思卡尔智能车 电机PID

提到小车的控制必然想到的PID控制，这也是各技术报告都不会漏掉的名词，在飞思卡尔XS128系列（二）PWM模块中已经提到了一些电机控制方面的东西，主要讲了用PID和BANG-BANG控制相结合的方式来控制电机，就是由BANG-BANG来控制力度，用PID来控制精度，下面就具体来讲讲。

先说控制，所谓控制首先由闭环控制和开环控制之分，就是所谓的有反馈和无反馈，当然PID显然是有反馈的控制。所谓的闭环控制就是要根据被控制量的实际情况参与运算来决定操作量的大小或者方向。因为在单回路控制系统中，由于扰动的作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差，而自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分和微分运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量和速度等的自动控制。

然而牵扯到高级PID，像有自适应控制、模糊控制、预测控制、神经网络控制、专家智能控制等等，里面也就模糊控制搞过一定时间，其它我也不懂，就不瞎扯了。

比例、积分和微分的线性组合，构成控制量u(t)，称为：比例(Proportional)、积分(Integrating)和微分(

哈尔滨工程大学本科生毕业论文

第1章 绪论

1.1 论文研究的背景

闭环控制是自动控制论的一个基本概念，也称反馈控制，在日常生活的各种控制实例中有具体的表现方式，比如常用交通工具中电车的速度控制，汽车的速度控制，冰箱的温度调节等，其中采用闭环控制方案对直流电机进行调速是生产生活中最常见的一种闭环控制实例。在工业自动化飞速发展的今天，利用高性能单片机来完成对仪器设备的自动化控制是其中最重要的一个环节。本文研究对象是基于Freescale单片机的移动小车控制系统设计，涉及到对直流电机的速度控制，倒车防撞报警器设计，LCD（Liquid Crystal Display）显示等功能，既应用了本科阶段所学的电路基础知识、自动控制理论知识，又充分利用了Freescale单片机的高性能与可靠性。 1.1.1 速度闭环控制系统

随着工业自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展，电机的种类不断增加，性能也更加出色。以电机为动力的车辆的自动化程度也越来越高，对车辆自动化程度的要求也越来越高，电车近几十年来发展十分迅速，直流电机电瓶车的速度控制水平也得到了极大的提高。转速控制作为电机控制中最关键的部分，具体反映到电车就是在车体速度控制上，而速度闭环控制作为重

第八届\飞思卡尔\杯 全国大学生智能汽车竞赛

技 术 报 告

ELECTRIC POWER 学 校: 上海电力学院 队伍名称: 光电组二队

参赛队员: 李政 李奇夏 魏姝姝 带队教师: 黄云峰 杨宁

I

SHANGHAI UNIVERSITY OF

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第八届“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： 带队教师签名：

日 期：

II

摘要

本设计以第八届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了光电两轮自平衡赛车的软硬件结构的开发流程。此次比赛采用大赛组委会统一指定的D型车模，搭建了以Freescale半导体公司生产的16位单片机MC9S12XS128为核心控制的控制系统，在CodeWarrior IDE 开发环境中进行软件开发。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器采集来的信号处理、控制算法和策略优化等多

第七届“飞思卡尔”杯全国大学生

智能汽车竞赛

技术报告

（校徽）

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******队伍名称:

参赛队员: ****** ******

关于技术报告和研究论文使用授权的说明

本人完全了解第七届“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： ______

带队教师签名： ______

日 期： ______ 带队老师: ******

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本文以第七届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。该比赛采用组委会规定的标准车模，以Freescale半导体公司生

产的16位单片机MC9S12X128为核心控制器，在CodeWarrior IDE开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上完成快速寻线。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，对比了不同方案（如摄像头与光电管检测方案）的优缺点，并结合Lab

备战飞思卡尔智能车大赛.开始模块总结. 锁相环设置.

公式: PLLCLK=2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1), fbus=PLLCLK/2

void INIT_PLL(void) {

CLKSEL &= 0x7f; //选用外部时钟.准备设置锁相环 PLLCTL &= 0x8F; //禁止锁相环 SYNR = 0xc9; //设置SYNR REFDV = 0x81; //设置REFDV PLLCTL |=0x70; //锁相环使能 asm NOP; asm NOP; //两个机器周期缓冲时间

while(!(CRGFLG&0x08)); //等待锁相环锁定 CLKSEL |= 0x80; //设置锁相环为时钟源 }

飞思卡尔XS128的PLL锁相环详细设置说明——关于如何提高总线工作频率 PLL锁相环就相当于超频单片机超频的原因和PC机是个一道理。 分频的主要原因是外设需要的工作频率往往远低于CPU/MEMORY这也和PC机南北桥的原理类似。 总线频率设置过程 1、禁止总中断

2、寄存器CLKSEL(时钟选择寄存器)的第七位置0即CLKSEL_PLLSEL=0。选择时钟源为外部晶振OSCCL