高速巡线智能车设计

摘要

近些年来，伴随着移动机器人的研究应用深入和汽车电子的飞速发展，汽车智能化成为一个趋势。在此背景下，为推动汽车嵌入式控制系统设计人才的培养，同时扩大在国内的影响力，世界两大半导体、汽车电子巨头飞思卡尔半导体和瑞萨科技，先后赞助了两大巡线智能车比赛，即“飞思卡尔杯”全国大学生智能车大赛和“瑞萨杯”超级MCU模型车大赛。巡线智能车是一种轮式移动机器人，以电动汽车模型作为载体，采用16位微控制器为核心，以自主巡线为主要任务。本文以这两大比赛为依托详细论述了高速巡线智能车的设计。
　　 本文首先建立了智能车刚体运动学模型，并展开分析，研究了智能车的控制特点，提出了智能车机械设计的一般原则。然后介绍了智能车的关键硬件的设计，包括MCU 最小系统、动力系统、红外巡线传感器和辅助系统，其中重点对红外巡线传感器进行了研究，提出了一种基于调幅原理的模拟红外传感器方案。本文对于智能车软件设计也进行了深入的探讨，设计了一种基于嵌入式实时操作系统uC/OS-II的分层式智能车软件框架，并介绍了在此框架下的驱动程序和控制算法设计。本文所采用的智能车控制算法主要是分段PD控制。最后，介绍了一种基于Modbus-RTU协议框架下的智能车监控调试平台设计。
　　 通过实际比赛验证，本文所论述的智能车软、硬件设计方法是合理有效的。