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17届智能车竞赛技术报告|乐师逐飞二队-基础四轮组

简介：本文以第十七届全国大学生智能车竞赛为背景，以大赛组委会指定的C型车模为

平台，介绍乐师逐飞二队基础四轮组的智能车系统方案等。本设计以TC387单片机作为系

统控制处理器，系统主要由主控模块、按键模块、显示模块、电机驱动模块、舵机转向模

块和传感器模块组成。系统控制主要分为速度控制和方向控制，我们以摄像头作为循迹的

传感器，以编码器作为速度反馈传感器，并以模糊PD方式对舵机转向进行反馈控制。我

们采用增量式PID算法完成对车速的闭环控制，通过PWM控制驱动电路调整电机功率。

最后，我们实现了小车对各个赛道特殊元素的准确识别和自动停车等功能。

关键词：智能车，TC387，摄像头

01引言

1.1全国大学生智能汽车竞赛背景简介

  全国大学生智能汽车竞赛受教育部高等教育司委托，由教育部高等自动化专业教学指导委

员会（以下简称自动化教指委）主办并负责。作为以智能汽车为研究对象的创意性科技竞

赛，其不仅是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，也是教育部倡导的大学生科技

竞赛之一。该竞赛已发展成全国30个省市自治区近300所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）。

  全国大学生智能车竞赛由竞赛秘书处设计、规范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，也正体现了该竞赛“立足培养、重在参与、

鼓励探索、追求卓越”的指导思想。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。其规则透明，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。

1.2第十七届全国智能车竞赛规则介绍

  本届大赛要求基础四轮组使用C型车模，车模运行方向不限，若安装摄像头传感器，摄

像头镜片中心的高度距离地面不超过10cm。车模必须采用Infineon系列单片机作为唯一车模微

控制器。选手制作的车模完成从车库出发在赛道上往返一周后，然后在返回车库。比赛时间从

车模驶出车库到重新回到车库为止，也就是说参赛队伍的车模需要能够识别赛道上的起跑线标

志完成车模的出发和停止控制。

1.3总述

  本文主要包含了系统设计总方案概述和制作智能车过程中的机械设计、电路设计、软件设

计等方面的介绍。

  机械设计部分主要包括制作和调整两部分内容。其中，制作部分主要是车模的基础组装和

对车模没有的部分进行设计，如传感器支架、电路板固定等。调整部分主要是针对车模本身已

有的机械部分，在竞赛规则允许范围内进行调整和改装，以此来提高其运动性能，以适应高速

行驶和快速控制，如舵机的固定结构改装、车轮定位调整等。电路设计部分主要的模块包括：

单片机最小系统、电源模块、传感器模块、驱动模块。各模块的总体设计原则是：紧凑、易于

拆换、稳定可靠。但根据各模块的不同，又有不同的设计要求。软件部分主要是基于速度和方

向的设计。通过控制车模的后轮驱动电机完成，同时辅以编码器传感器和舵机的转向控制。

02系统设计

  本章主要介绍智能车系统总体方案的的选定和总体设计思路。

2.1系统概述

  本设计以TC387单片机作为系统控制处理器，系统主要由主控模块、按键模块、显示模

块、电机驱动模块、舵机转向模块和传感器模块组成。在传感器模块中，采用摄像头传感器获

取赛道图像信息，采用编码器传感器对电机速度进行检测，采用加速度陀螺仪传感器即姿态传

感器检测是否遇到坡道；在舵机转向模块中，以模糊PD方式对舵机转向进行反馈控制；在电

机驱动模块中，采用增量式PID算法完成对车速的闭环控制，通过PWM控制驱动电路调整电

机功率；同时通过软件设计的相关算法识别赛道各元素等。系统整体结构框图如图2.1.1所

示。

▲图2.1.1整体结构框图

2.2车模整体布局

舵机直立安装，以提高舵机响应速度；

电池帖板放置，以降低小车重心；