全国大学生智能车大赛作品-智能循迹小车技术文档.pdfVIP

MC9S12DG128BMMA1260DCCD摘要

本文是为参加第二届全国大学生智能小车竞赛而撰写的的技术报告，本文详细介绍了智能寻迹小车

的路径检测、转向控制、电机驱动、车速检测、坡度检测、电源管理等功能模块硬件电路及软件控制算法

的设计。智能小车以“飞思卡尔”16位微控制MC9S12DG128B为主控制器，采用CMOS摄像头和红外传感

器相结合的方法（红外传感器主要用来检测起跑线和“十”字路线）来检测路面信息，运用反射式红外传感

器检测小车速度，MMA1260D传感器检测路面坡度信息。同时，采用PWM技术控制舵机的转向和电机转

速。系统还扩展了LCD液晶显示屏和键盘模块作为人机操作界面，以便于智能小车的相关参数调整。用串

口将采集的路面黑线信息传送到PC进行分析，结合BangBang速度闭环控制等算法，控制小车沿着预设的

轨道黑线及时调整车身姿态，准确、快速地跑完全程。

第一章概述

1.1智能车系统概述及框图

本文详细介绍了智能寻迹小车的路径检测、转向控制、电机驱动、车速检测、坡度检测、电源管理

等功能模块硬件电路及软件控制算法的设计。智能小车以“飞思卡尔”16位微控制MC9S12DG128B为主控

制器，采用CCD摄像头和红外传感器相结合的方法（红外传感器主要用来检测起跑线和“十”字路线）来检

测路面信息，运用反射式红外传感器检测小车速度，MMA1260D传感器检测路面坡度信息。同时，采用PWM

技术，控制舵机的转向和电机转速。系统还扩展了LCD液晶显示屏和键盘模块作为人机操作界面，以便于

智能小车的相关参数调整。用串口将采集的路面黑线信息传送到PC进行分析，结合PID等算法，控制小

车沿着预设的轨道黑线及时调整车身姿态，准确、快速地跑完全程。根据摄像头和红外传感器结合的方案

设计，赛车共包括八大模块：控制处理芯片MC9S12DG128，图像采样模块，车尾红外传感器模块，速度

检测模块，坡度检测模块、舵机驱动模块，电机驱动模块和辅助调试模块。以下是赛车硬件系统的框图1.1：

其中S12单片机是系统的核心部分。它负责接收赛道图像数据、赛车速度等反馈信息，并对这些信

息进行恰当的处理，形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。图像采样模块由S12的AD模块，

外围芯片（LM1881）和电路，与摄像头组成。其功能是获取前方赛道的图像数据，以供S12作进一步分析

处理。车尾红外传感器模块由2个TCRT5000红外传感器以及比较器LM324N组成，该模块的功用是检测

检测起跑线和“十”字路线，主要目的是为了使小车第一圈以一个较为稳定的速度跑动，检测到第二圈的起

跑线时，小车自动切换到一个比较快的速度进行跑动，这样既可以采用“保守”方式获得成绩，又可以尝试

其他比较“冒险”的速度或者算法。速度传感器模块由黑白相间的编码盘和反射型红外传感器组成，靠定时

检测反射型红外传感器电脉冲脉冲累积数来间接求得赛车的速度值。坡度检测模块主要由MMA1260D芯片

组成，通过AD转换感应坡度变化。舵机模块和电机驱动模块分别用于实现赛车转向和前进。辅助调试模

块主要由键盘模块和LCD显示模块组成，该模块主要为方便调整赛车系统参数和运行策略等方面而设计。

1.2智能车主要技术参数

智能车的设计主要体现在电路板和机械结构上面，对于机械结构主要调整了主销后倾角和前轮内倾

角，另外增加了四块控制电路：第一块是COMOS摄像头电路，其通过支架固定于车头的上方。第二块是

主控制电路，固定于车身正上方，其包含了智能车的各功能模块的硬件电路，以及一些辅助电路的接口，

包括CMOS摄像头及其它一些辅助调试电路接口。第三块是车尾红外传感器检测模块，其安装在车尾已有

的两个螺孔上。第四块是测速模块，主要由反射式红外传感器和编码盘组成，其安装在后轮附近。智能车

改造后的主要技术参数如表1.1所示，各部分的安装如下图1.1~1.6所示。1.3本文结构安排

本文是该参赛队伍成员在指导老师指导下合作完成，是对参赛的智能小车制作技术方案、设计思路、

制作调试过程以及相关技术研究内容形成的总结性报告。本文共分为十三章，第一章为概述部分，主要说

明小车的总体情况和全文的安排；第二章讲述系统方案的论证，以及给出本组方案选择的原因；第三章对

小车的机械结构的调整做了详细的说明；第四章至第十章分别详细的阐述