论文总字数：27910字

摘 要

随着科技的发展，智能控制技术在生活中的应用越来越广泛。智能车是一种高新技术密集型的新型汽车，它涵盖了传感器技术、自动化控制、电力电子技术、计算机技术等多个领域。

论文以飞思卡尔的MK60DN512ZVQ10微控制器为智能车硬件系统的核心控制单元，通过CCD光电传感器检测赛道信息，用于赛道识别，使小车进行自主循迹。论文首先讲述了总体硬件系统设计，接着介绍了智能车的机械方面的调整与设计，以及硬件电路的设计与调试过程，最后又概括性的介绍了智能车的软件驱动和采用的算法。硬件系统的设计过程，包括电源模块、舵机转向模块、CCD光电检测模块、电机驱动H桥模块等。最后指出了设计中的一些不足之处，并在论文结尾附硬件设计的原理图、PCB布线图。

关键词：智能控制 飞思卡尔 硬件系统设计 　

Design of the Hardware System for Freescale SmartCar

Abstract

With the development of science and technology, intelligent control technology has more and more widely used in the area of life. Smart car is a kind of new and high technology intensive car. It covers the sensor technology, automatic control, power electronics technology, computer technology and other fields.

This subject is based on the MK60DN512ZVQ10 micro controller of Freescale as the core of the smart car hardware system control unit, by CCD photoelectric sensor to detect the track information, used to track identification, making the car tracking independently. At first, this subject tells the story of the overall hardware system design and introduces the mechanical aspects of the adjustment of smart car, as well as the designing and debugging of hardware circuit process, and finally gives the algorithm of intelligent vehicle driving and using the software. The hardware circuit design process, including the power supply module, steering gear steering module, CCD photoelectric detection module, Motor driven H bridge module. etc. Finally, the essay points out some deficiencies in the design, and adds the hardware design of schematic and PCB wiring diagram at the end of paper.

Keywords: Intelligent control technology; Freescale; The hardware system design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 智能车发展现状 1

1.2.1 美国的智能车大赛 1

1.2.2 韩国大学生智能车大赛 1

1.2.3 国内智能车辆竞赛现状 2

1.3 智能车研究意义 2

1.4 硬件系统设计的内容与结构 2

第二章 总体方案介绍 4

2.1 系统概述 4

2.2 智能车硬件总体布局 4

第三章 机械结构的调整与设计 6

3.1 智能车转向轮的调整 6

3.2 底盘加固及底盘高度调整 8

3.3 舵机安装及结构调整 8

3.4 CCD光电传感器的安装 11

3.4.1 CCD光电传感器概述 11

3.4.2 CCD光电传感器概述 11

3.5 测速编码器的安装 12

3.5.1 光学编码器概述 12

3.5.2 光学编码器安装 12

3.6 测试赛道的设计与安装 13

第四章 硬件系统设计 15

4.1 设计思想及结构 15

4.2 电源管理模块 16

4.2.1 总体概述 16

4.2.2 电源稳压 16

4.3 舵机转向模块 20

4.3.1 舵机的工作原理 20

4.3.2 舵机的电路图 21

4.4 CCD光电模块 21

4.4.1 TSL1401CL线阵CCD原理 21

4.4.2 TSL1401CL线阵CCD电路图 23

4.5 编码器测速模块 23

4.5.1 光电编码器工作原理 23

4.5.2 欧姆龙E6A2-CW3C光电编码器简介 25

4.6 电机驱动H桥模块 26

4.6.1 电机驱动H桥原理 26

4.6.2 H桥驱动方案的选择 27

4.7 控制器MK60模块 31

4.8 调试模块 32

第五章 硬件系统调试 34

5.1 硬件系统的设计与调试 34

5.1.1 绘图软件介绍 34

5.1.2 PCB制作 35

5.1.3 板子的焊制 36

5.2 硬件设计遇到的问题及解决过程 37

第六章 软件系统设计简介 41

6.1 软件系统设计 41

6.1.1 软件系统设计总体介绍 41

6.2 软件程序设计 41

6.2.1 CCD驱动程序 41

6.2.2 直流电机驱动程序 42

6.2.3 舵机驱动程序 43

6.2.4 编码器测速程序 43

6.3 软件设计的主要算法 44

6.3.1 软件算法的概述 44

6.3.2 电机、舵机PID控制算法 44

结语 45

参考文献 46

致谢 47

附录 48

第一章 绪论

1.1 引言

随着科学技术的不断发展进步，智能控制的应用越来越广泛，几乎渗透到生活的各个领域。智能车技术依托于智能控制，前景广阔且发展迅速。目前，掌握着汽车工业关键技术的发达国家，已经开发了许多智能车的实验平台以及商品化的车辆辅助驾驶系统。有研究认为智能汽车作为一种全新的汽车概念和汽车产品，在不久的将来会成为汽车生产和汽车市场的主流产品。

在自动驾驶领域，美国等一些发达国家技术已经相成熟，而这些技术都要以智能车为基础来进行发展。因此，世界上越来越多的国家开始重视对青年智能控制方面的培养，各种各样的智能车设计策划大赛也随之越来越多。尤其是面向大学生的智能车竞赛，在促进智能车教育的同时，又增加了当代大学生的责任感。面向大学生的智能汽车竞赛最早始于韩国，在国内全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛从2006年开始已经举办了八届，包括光电组、摄像头组和电磁组三个赛题组，每年有近百所大学，近千支队伍参加，盛况空前。

1.2 智能车发展现状

1.2.1 美国的智能车大赛

美国国防部与院校、企业和发明家联合开展，全球领先的智能汽车竞赛^[4]。

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