《第二屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告分析研究車輛工程專業(yè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第二屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告分析研究車輛工程專業(yè)（79頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第二屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生 智能汽車邀請(qǐng)賽 摘要 本文詳細(xì)介紹了我們?yōu)榈诙萌珖?guó)智能車大賽而準(zhǔn)備的智能車系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)以Freescale16位單片機(jī)MC9S12DG128作為系統(tǒng)控制處理器，采用激光傳感器對(duì)賽道信息進(jìn)行采集，并通過賽道記憶方法對(duì)賽道信息進(jìn)行記錄，反饋回給電機(jī)和舵機(jī)，在第二圈中達(dá)到校正。通過歐姆龍光電編碼器獲取小車速度，進(jìn)行速度反饋處理，最后利用PID控制方式作為了最終的選擇。文中還將介紹賽車傳感器布置及安裝方法，自制電路主板、賽道記憶算法及開發(fā)出的調(diào)試系統(tǒng)，還將介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法，及舵機(jī)安裝方式。 關(guān)鍵詞：激光傳感器、控制策略、速度

2、傳感器、賽道記憶 Abstract This paper introduces us to the second session of the National Smart car racing prepared smart car system plan. The system Freescale16 MC9S12DG128 bit extreme but as a system control processor, Using modulation laser sensors to track

3、 information Acquisition, through the memory circuit and method for information on the track record, feedback back to the motor and steering, The second lap achieve Correction. Omron through photoelectric encoder speed access Trolley, Speed feedback processing. Finally PID control as a means to the

4、ultimate choice. The article will introduce the car sensor layout and installation methods, Self-made circuit board, the circuit memory algorithm and the development of the system debugging, also introduced mechanical structure and adjustment methods, and installation Rudder. Key word：Laser

5、 Sensor, Control Strategy, speed sensor circuit memory 目錄 第一章 引言 ……………………………………………………………1 1.1 比賽背景介紹……………………………………………………1 1.2 方案介紹…………………………………………………………1 1．3本文結(jié)構(gòu)………………………………………………………1第二章 賽車系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)…………………………………………….2 2．1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………2 第

6、三章 光電傳感器 ………………………………………………… 3 3．1傳感器選型…………………………………………………… 3 3．2 傳感器排布…………………………………………………… 3 第四章 主控板硬件電路設(shè)計(jì).…………………………………………5 4.1電源模塊…………………………………………………………5 4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊……………………………………………………6 4.3硬件抗干擾措施…………………………………………………7 4.4印制電路板可靠性和抗干擾設(shè)計(jì)………………………………8 4.5主控板的安裝………………………………………………… 8 第五章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

7、模塊………………………………………………….9 5.1 硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………9 5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能測(cè)試…………………………………………………9 5.3 程序代碼………………………………………………………… 10 第六章 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊…………………………………………………14 6.1硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………………… 14 6.2程序代碼……………………………………………………………14 第七章 速度傳感器……………………………………………………16 7.1傳感器設(shè)計(jì)及安裝………………………………………………16 7.2 硬

8、件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………16 7.3 軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………17 7．4速度傳感器準(zhǔn)確性測(cè)試…………………………………………18 7.5 安裝方式…………………………………………………………18 第八章 賽道記憶………………………………………………………19 8．1智能車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總述……………………………19. 8．1．1系統(tǒng)整體硬件架構(gòu)……………………………………………19 8．1．2系統(tǒng)整體軟件架構(gòu)……………………………………………20 8．2起跑信號(hào)發(fā)送裝置………………………………………………21 8．

9、2．1起跑信號(hào)發(fā)送裝置工作原理…………………………………21 8．3車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)…………………………………22 8．4機(jī)數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)………………………………22 8．5手持?jǐn)?shù)據(jù)接收及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)…………………………23 8.6動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式………………………………………24 第九章 賽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整……………………………………………25 9．1舵機(jī)安裝調(diào)整……………………………………………………25 9．2前輪傾角的調(diào)整…………………………………………………25 第十章 總結(jié)……………………………………………………………26 10.1

10、比賽準(zhǔn)備階段……………………………………………………26 10.2激光傳感器設(shè)計(jì)…………………………………………………26 10.3賽道記憶控制策略及開發(fā)的賽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)………………………………………………………………………26 10.4設(shè)計(jì)中存在的問題……………………………………………26. 10.5未來寄語(yǔ)…………………………………………………………27 第一章 引 言 1.1 比賽背景介紹 受教育部高等教育司委托，高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員負(fù)責(zé)主辦全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽。該項(xiàng)比賽已列入教育部主辦的全國(guó)五大競(jìng)賽之一。2007年8月日，在上

11、海交通大學(xué)舉行第二屆全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽。本屆的比賽，首先是在全國(guó)五大賽區(qū)進(jìn)行預(yù)選賽，之后將有 只賽車到上海進(jìn)行總決賽。在比賽中，“參賽選手須使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的競(jìng)賽車模，采用飛思卡爾16控制器MC9S12DG128作為核心控制單元，自主構(gòu)思控傳感器信號(hào)采集處理、控制算法及執(zhí)行、動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制等，完成智能車工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點(diǎn)參加場(chǎng)地比賽。參賽隊(duì)伍之名次（成績(jī)）由賽車現(xiàn)場(chǎng)成功完成賽道比賽時(shí)間為主，技術(shù)方案及制作工程質(zhì)量評(píng)分為輔來決定”，“須采用統(tǒng)一提供的車模，須采用限定的飛思卡爾16位微控制器 MC9S12DG128 作為唯一控制處理器，車模改裝完畢后，尺寸不能超過

12、：250mm 寬和400mm長(zhǎng)，高度無限制”，“跑道寬度不小于600mm，跑道表面為白色，中心有連續(xù)黑線作為引導(dǎo)線，黑線寬25mm”，并且跑道有坡道。 1.2 方案介紹 由評(píng)分規(guī)則可知，本次比賽的關(guān)鍵在于提高小車的速度和穩(wěn)定性。其實(shí)際問題是如何更早且更好的提取到賽道信息。我們采取的策略是激光傳感器加賽道記憶，共同實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。這樣不僅可以提高賽車的前瞻性，使賽車的穩(wěn)定性提高。而且通過賽道信息的記錄，可以在第二圈中，對(duì)賽車狀態(tài)進(jìn)行校正，提高成績(jī)。 1．3本文結(jié)構(gòu) 本文共十章。其中第一章為引言部分。簡(jiǎn)單介紹比賽背景及賽車的基本方案。第二章主要介紹賽車整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)賽車整體流程及控制

13、進(jìn)行介紹和說明。第三章介紹賽車傳感器，包括選型、排布及安裝方式。第四章將對(duì)自行研制的主控板進(jìn)行介紹及說明，包括電路設(shè)計(jì)及主控板的安裝。第五章介紹電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，包括硬件電路的設(shè)計(jì)及電機(jī)性能的測(cè)試。第六章將對(duì)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行說明。第七章為速度傳感器，包括電路設(shè)計(jì)、安裝方式及準(zhǔn)確性。第八章為賽道記憶控制策略及開發(fā)的賽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第九章介紹賽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整。第十章將對(duì)全文作出概括總結(jié)。 第二章 賽車系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 2．1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)激光傳感器方案設(shè)計(jì)，賽車共包括大模塊：激光傳感器模塊 控制處理芯片MC9S12DG128，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度傳感器

14、 MC9S12DG128 傳感器信號(hào) 轉(zhuǎn)向舵機(jī) 速度傳感器 電機(jī) 第一圈記錄數(shù)值 第三章 光電傳感器 3．1傳感器選型 由于賽道具體信息還不知道，所以必須選擇合適的路面信息檢測(cè)傳感器。通過查閱相關(guān)資料，了解到目前常用的尋線技術(shù)有：光電尋線、磁誘導(dǎo)尋線和攝像頭尋線。光電尋線一般由多對(duì)紅外收發(fā)管組成，通過檢測(cè)接收到的反射光強(qiáng)，判斷黑白線。在這種方案中，一對(duì)收發(fā)管只能檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)的信息，精度有限。但其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，處理方便。路面磁誘導(dǎo)與智能車輛的車載機(jī)器視

15、覺誘導(dǎo)相比，最大優(yōu)點(diǎn)是完全不受光照變化的影響。但這種方式必須以車道中心線上布設(shè)的離散磁道釘作為車道參考標(biāo)記，這違背了比賽規(guī)則。攝像頭尋線通過圖像采集，動(dòng)態(tài)拾取路徑信息，并對(duì)各種情況進(jìn)行分析。它具有信息量大，能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)數(shù)據(jù)的處理相對(duì)復(fù)雜。作為第一次參加此次大賽，并通過對(duì)第一屆比賽的研究，我們決定還是從光電管入手。 要提高速度并保證在入彎時(shí)不撞到標(biāo)竿，就必須增加傳感器的“視野”，以便及時(shí)減速。 通過比較，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上的激光管有比較好的性能，它可以照射很遠(yuǎn)的距離依然有很高的強(qiáng)度，根據(jù)激光特性，除了激光的入射光和反射光是最強(qiáng)的以外，其他的所有散射光的強(qiáng)度都是相同的，在此情況下，實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)激

16、光可以看到20cm以上的距離，對(duì)于賽車的前瞻性大有好處，可以適當(dāng)把光照調(diào)遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)前瞻性循線控制。 3．2 傳感器排布 為了完成賽道記憶算法，我們采用了前十后五的傳感器排布方式。這樣前十路傳感器采集的數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)對(duì)賽車進(jìn)行轉(zhuǎn)角的控制。而后五路傳感器采集的數(shù)據(jù)則傳遞給單片機(jī)后通過分析并記錄下來，為第二圈舵機(jī)、電機(jī)控制提供反饋信息。 數(shù)字型光電傳感器只有0與1 兩種狀態(tài)，因此各個(gè)傳感器的布局間隔將影響車對(duì)路徑的識(shí)別精度以及對(duì)舵機(jī)的控制算法的優(yōu)劣。賽道規(guī)定的是：黑線寬度25mm，賽車可以沿著黑線自主循線。 當(dāng)任何時(shí)刻只有一路傳感器在黑線上的情況（每?jī)蓚€(gè)傳感器之間的間距是25mm）： 圖

17、3.1 傳感器間距為25mm的情況 由圖3.1可知，傳感器由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)所移動(dòng)的距離，即有效距離為：25mm。 當(dāng)有時(shí)有一路傳感器在黑線上，有時(shí)有兩路傳感器在黑線上的情況下（12.5mm<傳感器兩兩間距<25mm）： 圖3.2 傳感器間距在12.5mm和25mm之間的情況 由圖3.2可知，d1=25-x，d2=2x-25 若要舵機(jī)平緩過渡，減少瞬時(shí)精度高，長(zhǎng)時(shí)間精度低的情況出現(xiàn)，令d1=d2為最優(yōu)情況，即：25-x=2x-25 得x=16.7mm，d1=d2=8.3mm 傳感器安裝：傳感器有發(fā)射和接收兩部分，所以需要制作支架固定其位置。根據(jù)尺寸要求，

18、在支架上打孔固定發(fā)射管和接收管。為了有較合適的重心位置，應(yīng)該選擇質(zhì)量較輕的材料，最后利用膠水使傳感器固定。見圖一 第四章 主控板硬件電路設(shè)計(jì) 4.1電源模塊 比賽提供7.2V電池，整個(gè)系統(tǒng)需要為以下模塊供電： 為單片機(jī)供電；（5V）； 為傳感器供電；（5V）； 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電；（7.2V）； 為舵機(jī)供電（轉(zhuǎn)向舵機(jī)和制動(dòng)舵機(jī)）；（7.2V或6V） 可能會(huì)有發(fā)熱元件，接出5V風(fēng)扇供電口。 由上可以知道，系統(tǒng)需要7.2V、6V、5V，其中7.2V可以由電池直接供電，6V和5V就需要穩(wěn)壓芯片來供電了，由于有上屆比賽的經(jīng)驗(yàn)，如果把所有接到5V的電源都從一個(gè)口輸出，萬(wàn)一出現(xiàn)異常

19、狀況（例如大電流），單片機(jī)必然重啟，因此需要多個(gè)穩(wěn)壓芯片同時(shí)工作，以保證單片機(jī)正常工作。 圖4.1電源模塊電路圖 5V穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)： 市場(chǎng)上5V的穩(wěn)壓芯片有很多，例如LM2940、LM7805、開關(guān)型LM2575、LM2596，其中2940和7805轉(zhuǎn)換效率比較低，只有40%左右，但是輸出紋波很小，對(duì)于單片機(jī)這種對(duì)電源要求比較高的元件而言很適合，而2575和2596師開關(guān)型的穩(wěn)壓芯片，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到75%甚至80%以上，但是輸出有紋波，很可能讓單片機(jī)出現(xiàn)重啟現(xiàn)象。 圖4.2 LM2940電路原理圖 圖4.2是2940穩(wěn)壓的電源模塊原理圖，7805和2940的原理圖相同，但

20、是7805需要輸入7.5V以上才可以穩(wěn)定輸出5V，而2940載輸入電壓達(dá)到6V以上就可以穩(wěn)定輸出5V了，因此，在給單片機(jī)供電的電源中選擇2940穩(wěn)壓芯片。 4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 圖4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路 由CPU 發(fā)出PWM 波通過33886驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)的電壓，PWM5輸出PWM波，經(jīng)由IN1口輸入，OUT輸出電機(jī)調(diào)速信號(hào)。驅(qū)動(dòng)芯片MC33886內(nèi)部具有短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等功能。MC33886內(nèi)部集成有兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹恍杩刂菩≤嚽斑M(jìn)的速度不需要控制運(yùn)行電機(jī)反轉(zhuǎn)，因此不需要采用全橋驅(qū)動(dòng)運(yùn)行電機(jī)。而為了增大電流驅(qū)動(dòng)能力，將兩個(gè)半橋并聯(lián)使用。

21、各接口模塊 圖4.4 各接口模塊電路 如圖4.4所示為S12單片機(jī)的各接口模塊。 其中fan為一個(gè)2口白接頭，可以提供5V和GND，為需要散熱的芯片提供風(fēng)扇電源接口；Keyboard為一個(gè)6口白接頭，提供鍵盤接口；Code接口是一個(gè)3口白接頭，提供碼盤的電源、地和信號(hào)；Reverse是一個(gè)反相器，為碼盤返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行反相，使得軟件控制的時(shí)候有一個(gè)高電平就可以得到光柵的一格，更易于控制；PWM1、PWM3、PWM7分別為轉(zhuǎn)向舵機(jī)和制動(dòng)舵機(jī)供電控制；PortAPortB和PortEPAD為傳感器提供電源、控制和返回；Monitor是一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的接口，在主控板上插上監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)視車模運(yùn)行

22、時(shí)候的一些參數(shù)。 4.3硬件抗干擾措施 在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)可靠性的重要方面。一個(gè)系統(tǒng)的正確與否,不僅取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，同時(shí)還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施。 嵌入式系統(tǒng)的干擾源一般有三個(gè)渠道：一是空間干擾,電磁信號(hào)通過空間輻射進(jìn)入系統(tǒng)；二是過程通道干擾，干擾信號(hào)通過與系統(tǒng)相連的前、后通道及與其它系統(tǒng)的連接通道進(jìn)入，它疊加在有用信號(hào)之上，擾亂信號(hào)傳輸，使有效信號(hào)產(chǎn)生畸變。使得數(shù)據(jù)采集誤差加大，導(dǎo)致控制狀態(tài)失靈，導(dǎo)致程序運(yùn)行失常；三是系統(tǒng)干擾，電磁信號(hào)通過供電通道進(jìn)入系統(tǒng)或系統(tǒng)本身產(chǎn)生干擾。 雖然抗干擾問題是嵌入式系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中最令人頭疼的問題，而且沒有一定之規(guī),也

23、沒有一成不變的方法,但若進(jìn)行科學(xué)的分析并加以合理的設(shè)計(jì)，采取一定的措施，將系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)合起來,是可以有效地提高應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性的。 4.4印制電路板可靠性和抗干擾設(shè)計(jì) 印制電路板是嵌入式系統(tǒng)中，器件、信號(hào)、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力的影響很大。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理走線、合理接地，三總線分開走線.。盡量將數(shù)字、模擬電路分開走線，電源線和地線應(yīng)盡量加寬，同時(shí)使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致。應(yīng)盡量使用45°折線而不要使用90°折線，以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合，減少互感振蕩；將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用。 CPU、RAM、ROM等主芯片以及VCC、GN

24、D之間接電解電容和瓷片電容；去掉高、低頻干擾脈沖；石英晶體振蕩器的外殼接地而不要走信號(hào)線，且要適當(dāng)加大接地面積；時(shí)鐘線要盡量短，并用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，使周圍電場(chǎng)盡可能地減小。獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少接插件與連線；輸入輸出驅(qū)動(dòng)器件、功率放大器件應(yīng)盡量靠近線路板邊的引出接插件；提高可靠性，減少故障率。集成塊與插座接觸可靠，用雙簧插座，最好集成塊直接焊在印制板上，防止器件接觸不良。信號(hào)的輸入、輸出端以使用光耦進(jìn)行光電隔離為好。這樣既可以防止外圍器件動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)，又可使輸入端的干擾信號(hào)沒有足夠的功率去干擾發(fā)光二極管的正常工作。 4.5主控板的安裝 通過在底盤上打孔，通過塑料螺釘固定。

25、見圖一 第五章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 5.1 硬件電路設(shè)計(jì) 由CPU 發(fā)出PWM 波通過33886 驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)的電壓. PWM5 輸出PWM波，經(jīng)由IN1 口輸入。OUT1 輸出電機(jī)調(diào)速信號(hào)。通過預(yù)設(shè)的占空比對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)解。工作電壓為5-40V，導(dǎo)通電阻為120 毫歐姆，輸入信號(hào)是TTL或CMOS，PWM 頻率小于10KHz，具有短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等。MC33886內(nèi)部集成有兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹恍杩刂菩≤嚽斑M(jìn)的速度不需要控制運(yùn)行電機(jī)反轉(zhuǎn)，因此不需要采用全橋驅(qū)動(dòng)運(yùn)行電機(jī)。而為了增大電流驅(qū)動(dòng)能力，本文將兩個(gè)半橋并聯(lián)使用。

26、 圖5.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能測(cè)試 根據(jù)我們的速度傳感器，對(duì)電機(jī)性能進(jìn)行了測(cè)試。主要測(cè)試了，開環(huán)控制下，車輛啟動(dòng)加速的性能。 在開環(huán)控制下，分別設(shè)定占空比為90%和100%，其啟動(dòng)效果如下（x 軸為時(shí)間（s），Y 軸為車速）： 圖5.2 開環(huán)占空比90%啟動(dòng)效果 圖5.3 開環(huán)占空比100%啟動(dòng)效果 從圖中可以看出，無控制狀態(tài)下，賽車起動(dòng)加速度約

27、為1.2m/s2。而賽車啟動(dòng)，如果設(shè)定直道速度為2m/s，則需要約1.7m 的加速距離。另外，在機(jī)械上我們適當(dāng)調(diào)整了傳動(dòng)齒輪的間距，提高電機(jī)傳動(dòng)效率。重點(diǎn)調(diào)節(jié)了賽車后輪差速機(jī)構(gòu)，使其正常工作。在小車進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，后輪差速機(jī)構(gòu)有效地彌補(bǔ)了左右兩個(gè)后輪的行程差，使兩個(gè)后輪都在無滑動(dòng)狀態(tài)下過彎。 5.3 程序代碼 電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置在軟件上都通過pwm 波占空比設(shè)置完成的。 void PWM45_Init(void) { PWME_PWME5 = 0; PWMCNT45 = 0; PWMDTY45 = 0; /* Store initial value to th

28、e duty-compare register */ PWMPER45 = 24000; /* and to the period register */ PWMCTL_CON45=1; PWMPRCLK = 0; /* Set prescaler register */ PWMSCLA = 1; /* Set scale register */ PWMCLK_PCLK5 = 1; /* Se

29、lect clock source */ PWMPOL_PPOL5=1; PWME_PWME5 = 1; /* Run counter */} 測(cè)試開環(huán)控制下PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：為了在控制策略中分配給電機(jī)合適的速度，需要知道PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。為此，我們做了以下測(cè)試。 在長(zhǎng)直道上分別給不同的占空比，測(cè)的碼盤返回值如下表 圖5.4 占空比70%下的PWM與轉(zhuǎn)速關(guān)系 圖5.3為其中的占空比70%的曲線，其他的圖就不一一例舉了。 表5.1 占空比與轉(zhuǎn)速關(guān)系數(shù)據(jù)表 占空比 穩(wěn)定后的速度(m/

30、s) 30% 18*0.064 35% 25*0.064 40% 31*0.064 45% 37*0.064 50% 43*0.064 55% 49*0.064 60% 56*0.064 65% 63*0.064 70% 71*0.064 75% 76*0.064 80% 80*0.064 在得到上述數(shù)據(jù)后，就可以在MATLAB中繪圖并擬合曲線。 Matlab 源程序： c0=30;c=18; d0=35;d=25; e0=40;e=31; f0=45;f=37; g0=50;g=43; h0=55;h=49; i0=60;i=5

31、6; j0=65;j=63; k0=70;k=71; l0=75;l=76; m0=80;m=80; x1=[c0,d0,e0,f0,g0,h0,i0,j0,k0,l0,m0]; y1=[c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m]; x2=polyfit(y1,x1,1);y2=polyval(x2,y1); x2 plot(y1,y2,'r',y1,x1) 繪得曲線： 圖5.5 PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線與擬合曲線 圖5.5中，縱軸為占空比，橫軸乘以0.064便為電機(jī)轉(zhuǎn)速。由此得到一次擬合函數(shù)。

32、 (5-1) 其中P為PWM占空比，S為電機(jī)轉(zhuǎn)速。 從圖5.5中可以看出，PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速近似為線性關(guān)系，這也與預(yù)想中的關(guān)系一致。 第六章 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 控制信號(hào)控制電路板 電極轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪組減速 舵盤轉(zhuǎn)動(dòng) 位置反饋電位計(jì) 控制電路板反饋 控制量 舵盤角度 圖6.1 舵機(jī)工作原理圖 6.1硬件電路設(shè)計(jì) 在進(jìn)行轉(zhuǎn)向測(cè)試之前需要設(shè)計(jì)合理的硬件電路，使之正常工作

33、，所以首先簡(jiǎn)單的介紹以下轉(zhuǎn)向舵機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)。 S12 脈寬調(diào)制模塊有8 路獨(dú)立的可設(shè)置周期和占空比的PWM 通道，每個(gè)通道配有專門的計(jì)數(shù)器。該模塊有4 個(gè)時(shí)鐘源，它們?yōu)镻WM 波的設(shè)置提供了寬闊的頻率范圍。通過該模塊內(nèi)寄存器可設(shè)置PWM 的使能與否，每個(gè)通道的工作脈沖極性，每個(gè)通道輸出的中間還是左對(duì)齊方式，時(shí)鐘源，使用方式（是作為八個(gè)8 位精度通道還是四個(gè)16 位精度通道）。該模塊還有緊急關(guān)閉功能。 圖6.2 舵機(jī)電路 6.2程序代碼 運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，在軟件上都是通過對(duì)PWM 波占空比進(jìn)行設(shè)置來相應(yīng)控制的。 程序代碼如下： void PWM67_Init(

34、void) { PWME_PWME7 = 0; PWMCTL_CON67=1; PWMPRCLK = 0; PWMSCLB = 2; PWMCLK_PCLK7 = 1; PWMPOL_PPOL7=1; PWMCNT67 = 0; PWMDTY67 = 8875; PWMPER67 = 48000; PWME_PWME7 = 1

35、; } 第七章 速度傳感器 受車模機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，必須采用體積小、重量輕的速度傳感器。就目前常用的有三種方案可供選擇： 霍爾傳感器配合稀土磁鋼： 在主后輪驅(qū)動(dòng)齒輪處，通過打孔，將幾塊很小的稀土磁鋼鑲在里面，然后將霍爾元件安裝在附近，通過檢測(cè)磁場(chǎng)變化，可以得到電脈沖信號(hào)，獲取后輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度。 光電傳感器 在主驅(qū)動(dòng)齒輪表面附上黑白間隔的彩帶，將反射型光電傳感器安裝在齒輪附近，當(dāng)黑白彩帶交替通過時(shí)，產(chǎn)生一系列電脈沖，由此獲取轉(zhuǎn)動(dòng)角度。也可以對(duì)齒輪打孔，采用直射型光電傳感器，通過間斷接受到的紅外光，產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，獲取轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

36、 光電編碼器 購(gòu)買光電編碼器安裝在主驅(qū)動(dòng)齒輪上，通過齒輪傳過來的轉(zhuǎn)動(dòng)信息，獲取后輪轉(zhuǎn)角。 比較以上3 種方案，考慮到系統(tǒng)的可靠性，首先排除霍爾元件方案，因?yàn)橹骱筝唫鲃?dòng)齒輪為塑料質(zhì)地，打孔比較危險(xiǎn)。同理排除光電傳感器的直射型方案。之后，通過對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)可以購(gòu)買到體積小且線數(shù)高的歐姆龍光電編碼器，為了提高速度測(cè)量精度，最終，我們決定采用歐姆龍光電編碼器方案。 7.1傳感器設(shè)計(jì)及安裝 設(shè)置S12 的模數(shù)向下計(jì)數(shù)器模塊，同時(shí)捕捉光電編碼器輸出的電脈沖的上升沿。通過累計(jì)一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，可以得到和速度等價(jià)的參數(shù)值。我們已知：輪胎一圈周長(zhǎng)為16.7cm。設(shè)編碼器共有e 線，即輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)一圈將

37、引起e 個(gè)脈沖數(shù)累積。假設(shè)對(duì)脈沖數(shù)累積的時(shí)間為t，在這段時(shí)間內(nèi)共獲取了n 個(gè)脈沖數(shù)累積。則賽車速度為： v=16.7( n )/t (cm/s)e 光電編碼器線數(shù)越多，同等速度下單位時(shí)間內(nèi)所能檢測(cè)到脈沖數(shù)也越多，因而速度檢測(cè)的分辨率也更高。另一方面，線數(shù)增多后，相鄰脈沖間的持續(xù)時(shí)間會(huì)變短，脈沖檢測(cè)的可靠性會(huì)因相鄰脈沖的干擾而受到影響。 7.2 硬件電路設(shè)計(jì) 圖7.1 速度傳感器模塊電路圖 7.3 軟件設(shè)計(jì) 我們采用PT0 口作為脈沖信號(hào)輸入。采用模數(shù)向下計(jì)數(shù)器，首先通過設(shè)置寄存器MCCTL，設(shè)置模數(shù)方式使能，向下中斷使能，向下計(jì)數(shù)使能。設(shè)

38、置FLMC位，使得載入寄存器進(jìn)入模數(shù)計(jì)數(shù)方式。設(shè)置MCCNT寄存器，使得定時(shí)器每20ms中斷一次。然后設(shè)置TIOS，設(shè)置PT0針腳為輸入；然后設(shè)置TCTL4 寄存器，選擇獲取上升沿。之后，設(shè)置PBCTL寄存器，將PAC0和PAC1合用。設(shè)置代碼為： MCFLG_MCZF = 1; MCCTL_MODMC = 1; MCCTL_MCZI = 1; MCCTL_MCEN = 1; MCCNT = 30000; MCCTL_MCPR = 3; MCCTL_FLMC = 1;

39、 TIOS_IOS0=0; TCTL4=0x01; PBCTL_PBEN=1; 在中斷服務(wù)函數(shù)中，通過讀取PACN01 這個(gè)寄存器，獲取當(dāng)前的脈沖累加值。例程如下 void Int_mcount(void) {MCFLG_MCZF = 1; pulse=PACN10; //讀出脈沖計(jì)數(shù)值 PACN10=0; sPID.vi_FeedBack=pulse ; PWMDTY45=(unsigned int)v_PIDCalc(&sPID); } 在每一控制周期開始，S12 讀取脈沖累加器中的數(shù)值，然后將脈沖

40、累加器清零。 這樣就求得了之前m 個(gè)控制周期時(shí)間里共有多少個(gè)脈沖數(shù)累積，從而由公式3-1 可求得賽車速度值。程序流程圖7.2： 速度傳感模塊入口 脈沖累加器清零 讀取當(dāng)前脈沖累加器值器清零 速度傳感模塊出口 圖7.2 速度傳感模塊程序流程圖 7．4速度傳感器準(zhǔn)確性測(cè)試 讓賽車在賽道上行駛，每20ms 就將賽車當(dāng)前速度值通過串口發(fā)送到電腦上一次。對(duì)賽車行駛的正好一圈中的速度值進(jìn)行累加求和，再乘以20ms，得到的總共行駛距離為27m，而賽道總長(zhǎng)為26m。兩者的相對(duì)誤差不到4%。這說明，速度傳感器測(cè)量基本準(zhǔn)確。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，改變脈沖獲取方

41、式，在上升沿獲取方式、下降沿獲取方式和兩沿同時(shí)獲取方式間進(jìn)行切換。不改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)占空比設(shè)置，在三種情況下，單位時(shí)間內(nèi)捕捉的脈沖數(shù)較理想地滿足：上升沿獲取下的脈沖數(shù)=下降沿獲取下的脈沖數(shù)=兩沿同時(shí)獲取下的脈沖數(shù)/2；在脈沖獲取方式不變的情況下，改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)占空比設(shè)置，檢測(cè)的速度值與占空比近似成線性比例關(guān)系。另一方面，空載情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度確實(shí)與輸入PWM 波占空比的大小近似成線性比例關(guān)系。以上間接說明脈沖檢測(cè)的可靠性。 7.5安裝方式 為了能夠減輕賽車重量，我們并沒有做安裝碼盤得架子，而是直接在賽車上打孔，進(jìn)行定位，這樣既保證了齒輪良好得嚙合，而且又減輕了賽車的重量。 第八章 賽道記

42、憶 經(jīng)歷了一段時(shí)間的智能車制作調(diào)試過程后，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的調(diào)試方法有著比較大的弊端。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是調(diào)車者跟據(jù)智能車?yán)@行賽道一圈的時(shí)間和肉眼觀測(cè)到的智能車在賽道上的行駛路徑作為修改智能車參數(shù)的指標(biāo)，然后反復(fù)測(cè)試，反復(fù)修改，以達(dá)到最好的效果。這樣的調(diào)試比較盲目，缺乏目的性，也浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力在做重復(fù)性勞動(dòng)，效果不好。并且，由于光電傳感器本身的特性，使得前瞻性遠(yuǎn)不如ccd圖象識(shí)別，使得電機(jī)控制效果很不好；并且，由于采集信號(hào)是離散的，轉(zhuǎn)角的控制也顯得不平滑。這時(shí)，為了能和ccd 圖像識(shí)別進(jìn)行抗衡，賽道記憶策略就發(fā)揮了作用。 賽道記憶算法是指在比賽的第一圈以最安全的速度緩慢駛過一圈,并將賽道信息保

43、存下來，第二圈根據(jù)保存下來的信息進(jìn)行車速和轉(zhuǎn)角決策的相應(yīng)最優(yōu)化，從而在第二圈取得好成績(jī)，這一算法在目前智能車競(jìng)賽中是比較先進(jìn)的。要實(shí)現(xiàn)賽道記憶算法，智能車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是必不可少的。 8．1智能車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總述 本系統(tǒng)主要完成將智能車行駛過程中的各種狀態(tài)信息（如傳感器亮滅，車速，舵機(jī)轉(zhuǎn)角，電池電量等）實(shí)時(shí)地以無線串行通信方式發(fā)送至上位機(jī)處理，并繪制各部分狀態(tài)值關(guān)于時(shí)間的曲線。有了這些曲線就不難看出智能車在賽道各個(gè)位置的狀態(tài)，各種控制參數(shù)的優(yōu)劣便一目了然了。尤為重要的是對(duì)于電機(jī)控制PID參數(shù)的選取，通過速度—時(shí)間曲線可以很容易發(fā)現(xiàn)各套PID參數(shù)之間的差異。對(duì)于采用CC

44、D傳感器的隊(duì)伍來說，該系統(tǒng)便成為了調(diào)試者的眼睛，可以見智能車之所見，相信對(duì)編寫循線算法有很大幫助。而且還可以對(duì)這些數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，例如求取一階導(dǎo)數(shù)，以得到更多的信息。 8．1．1系統(tǒng)整體硬件架構(gòu) 設(shè)計(jì)方案主要分成四部分：起跑信號(hào)發(fā)送裝置，車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，手持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，PC機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本構(gòu)建如下圖2-1所示。 圖8.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)示意圖 當(dāng)小車啟動(dòng)后第一次經(jīng)過起跑信號(hào)發(fā)送裝置時(shí)，觸發(fā)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，并且定時(shí)器通過無線串行數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送起跑信號(hào)，在未收到該信號(hào)前，車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、PC機(jī)及手持監(jiān)控系統(tǒng)均處于偵聽狀態(tài)，當(dāng)收到該信號(hào)時(shí)，車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始采集智能車的

45、運(yùn)行數(shù)據(jù)并發(fā)送至PC機(jī)和手持監(jiān)控系統(tǒng)，而PC機(jī)和手持監(jiān)控系統(tǒng)均進(jìn)入正常工作模式，開始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 8．1．2系統(tǒng)整體軟件架構(gòu) 軟件方面PC機(jī)數(shù)據(jù)處理程序依靠Visual C++ 6.0來實(shí)現(xiàn)，軟件主體包括串口通信程序，數(shù)據(jù)分類程序，動(dòng)態(tài)繪圖程序，以及對(duì)一些外設(shè)（如鼠標(biāo)，鍵盤等）事件響應(yīng)程序。而起跑信號(hào)發(fā)送裝置、車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及手持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均使用ATMEL公司的8位單片機(jī)，故軟件開發(fā)環(huán)境為ICCAVR6.31A，開發(fā)語(yǔ)言均為C語(yǔ)言。 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)控制框圖如圖2-2所示，PC會(huì)通過串口通信模塊來接收數(shù)據(jù)，并把接收來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，然后根據(jù)程序繪制四條曲線，即速度—時(shí)間，轉(zhuǎn)角

46、—時(shí)間，傳感器—時(shí)間和電池電壓—時(shí)間曲線。而手持系統(tǒng)則把數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，動(dòng)態(tài)的顯示在液晶屏上。 智能車 激光傳感器 車上系統(tǒng) 手持設(shè)備顯示瞬時(shí)狀態(tài) PC機(jī) 數(shù)據(jù)處理并畫圖 顯示瞬時(shí)狀態(tài) 起跑信號(hào)發(fā)送 車各部分信息 第一次觸發(fā)時(shí)發(fā)送啟動(dòng)單片機(jī)命令 檢測(cè)發(fā)送車實(shí)時(shí)狀態(tài) 圖8.2整個(gè)系統(tǒng)控制框圖 8．2起跑信號(hào)發(fā)送裝置 智能車在賽道上行使過程中，為了可以了解賽車在賽道各個(gè)位置的狀態(tài)以及將兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，我們就要設(shè)置監(jiān)

47、測(cè)的起始點(diǎn)。因?yàn)槿绻谫愜噯?dòng)后立刻發(fā)送數(shù)據(jù)，那么任意兩次的監(jiān)控圖像就會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，不方便比較，而且沒有起始點(diǎn)，也不方便把采到的數(shù)據(jù)對(duì)映到賽道各部分上去。因此在賽車沖過起跑線時(shí)，整個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)才正式運(yùn)轉(zhuǎn)，而起跑信號(hào)發(fā)送裝置就是用來發(fā)送這個(gè)標(biāo)志信號(hào)的。 8．2．1起跑信號(hào)發(fā)送裝置工作原理 起跑信號(hào)檢測(cè)裝置由一組激光對(duì)射管構(gòu)成，當(dāng)激光對(duì)射管之間無障礙物遮擋光線時(shí)，激光發(fā)射管發(fā)出的光正好照射到接收管上，接收信號(hào)端為低電壓，當(dāng)發(fā)射與接收間被障礙物隔斷時(shí)，光線被阻斷，接收信號(hào)端變?yōu)楦唠妷?。單片機(jī)檢測(cè)到激光對(duì)射管輸出端電壓變化，得到啟動(dòng)信號(hào)，并控制無線串口發(fā)送啟動(dòng)信息給車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，手持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

48、PC機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 8．3車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集是整個(gè)系統(tǒng)較為核心的一部分，無論后面對(duì)數(shù)據(jù)做如何的處理，這一部分都是基礎(chǔ)，如果采集回來的信號(hào)有錯(cuò)誤，是無法彌補(bǔ)的，故本章將會(huì)從各種信號(hào)的采集方法，數(shù)據(jù)格式的定義以及到數(shù)據(jù)傳送方式作以詳細(xì)的介紹數(shù)據(jù)。采集方案設(shè)計(jì)這部分系統(tǒng)功能主要是將智能車的速度、方向、傳感器狀態(tài)以及電池電量等物理信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并由單片機(jī)進(jìn)行采集，處理，最后通過無線串口將這些信息以字節(jié)為單位發(fā)射出去。 8．4機(jī)數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 這部分工作主要是利用PC機(jī)的串行通信接口和VC++程序?qū)④囕d數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)射出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，保存，分類和處理。

49、該系統(tǒng)分為兩種工作模式，一種是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式，另一鐘是靜態(tài)數(shù)據(jù)分析模式，前一種模式應(yīng)用于智能車在賽道上行駛過程，因?yàn)榇藭r(shí)車載檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)不斷發(fā)出小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，所以PC機(jī)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、分類、顯示以及將分好類的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在臨時(shí)文件中。當(dāng)智能車行駛結(jié)束后，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)結(jié)束，此時(shí)就系統(tǒng)就需要轉(zhuǎn)到靜態(tài)數(shù)據(jù)分析模式。由于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式中已經(jīng)剛收到的數(shù)據(jù)已經(jīng)被保存在臨時(shí)文件中，故在此模式下用戶可以直接察看任意時(shí)刻的智能車運(yùn)動(dòng)參數(shù)。而且，用戶可以將數(shù)據(jù)保存到其他新的TXT格式文件中，以免下次運(yùn)行程序時(shí)，臨時(shí)文件內(nèi)數(shù)據(jù)被更新，造成有用數(shù)據(jù)丟失，用戶也可以把以前保存的數(shù)據(jù)文件（TXT文件格式

50、）打開進(jìn)行研究，分析和對(duì)比。 主程序的流程如5-1圖所示，主程序經(jīng)過初始化后根據(jù)用戶作選擇的模式進(jìn)行工作，程序默認(rèn)為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式。1 0 開始 程序初始化 模式選擇 Flag = ? 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式 靜態(tài)數(shù)據(jù)分析模式 執(zhí)行相應(yīng)操作 圖8.3 主程序的流程圖 8．5手持?jǐn)?shù)據(jù)接收及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 對(duì)于PC機(jī)數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)來說，接收大量的數(shù)據(jù)后繪出圖像效果比較好，但是如果說想精確地知道賽道上某一點(diǎn)的賽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就比較困難了。因?yàn)镻C機(jī)數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)繪制出來的圖像橫軸為時(shí)間軸，而智能車在賽道上行駛時(shí)速度是不斷變化的，所以要想通過時(shí)間來推算出智能

51、車在賽道上的位置就很不精確了。然而手持?jǐn)?shù)據(jù)接收及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正是用來彌補(bǔ)這一不足，因?yàn)橛脩艨梢阅弥驹谫惖肋吷?，或是同智能車一起行進(jìn)，想查看某一位置智能車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)只需要按一下按鍵，系統(tǒng)就可以把當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，使用起來簡(jiǎn)單方便。 手持?jǐn)?shù)據(jù)接收及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖如圖8.4所示，整個(gè)系統(tǒng)的電力來源是9V的 疊層電池，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)至5V后提供給無線串口通信模塊，單片機(jī)模塊和液晶模塊進(jìn)行工作。無線串口收發(fā)模塊用來接收車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)射出來的數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)接收到按鍵所觸發(fā)的外部中斷時(shí)，便通過無線串口進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，然后控制液晶模塊進(jìn)行顯示。 ATmega16單片機(jī) 穩(wěn)壓模塊 +5V

52、 GND 按鍵 （外部中斷） INT0 128×64液晶模塊 +5V GND DATA 圖8.4手持?jǐn)?shù)據(jù)接收及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖 無線串口通信模塊 DATA +5V GND 疊層電池 GND +9V 8.6動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收及顯示模式主要是應(yīng)用于智能車在賽道上行駛過程中，PC機(jī)不斷接收新的數(shù)據(jù)并不斷將窗口重繪，以顯示出實(shí)時(shí)的智能車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖像。 通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，我們就可以得到賽道信息特征，并記錄在單片機(jī)中。在第二圈中，提取記憶的賽道特征和第二圈的即時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配及修正。這樣我們就可以在直道上加速，彌補(bǔ)了光電傳感器前瞻差的劣勢(shì)。

53、并且，得到的彎道數(shù)據(jù)，也這樣就可以通過第一圈的數(shù)據(jù)對(duì)第二圈進(jìn)行修正。 圖8.5測(cè)試信號(hào)顯示圖 第九章 賽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整 9．1舵機(jī)安裝調(diào)整 為了解決舵機(jī)轉(zhuǎn)向不夠靈活得問題，我們采用舵機(jī)立式安裝方式，這樣能使左右拉桿得長(zhǎng)度保持一致。這樣左右轉(zhuǎn)向時(shí)力是一樣得，保證了左右轉(zhuǎn)向控制相同。并且在立式時(shí)，舵機(jī)得位置相當(dāng)于提高。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度最大時(shí)，舵機(jī)連桿與拉桿的夾角達(dá)到90度。這樣可以使轉(zhuǎn)動(dòng)最大角度時(shí)的力量達(dá)到最大。這樣也可以使賽車在直道跑動(dòng)時(shí)，舵機(jī)單位改變量使輪子改變的角度小于在彎道（舵機(jī)已有很大轉(zhuǎn)角）時(shí)舵機(jī)單位改變量改變的輪子的轉(zhuǎn)角。

54、 9．2前輪傾角的調(diào)整 前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向輕便和減少輪胎的磨損。前輪是轉(zhuǎn)向輪，由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4個(gè)項(xiàng)目 決定，反映了轉(zhuǎn)向輪、主銷和前軸三者在車架上的位置關(guān)系。 主銷內(nèi)傾是指主銷裝在前軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動(dòng)回正。角度越大前輪自動(dòng)回正的作用就越強(qiáng)烈，但轉(zhuǎn)向時(shí)也越費(fèi)力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動(dòng)回正的作用就越弱。 主銷后傾是指主銷裝在前軸，上端略向后傾斜的角度。它使車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)恢復(fù)到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪

55、穩(wěn)定性也愈好。 前輪外傾角對(duì)汽車的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側(cè)，導(dǎo)致車輪聯(lián)接件損壞。 前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動(dòng)時(shí)，其慣性力會(huì)自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當(dāng)，輪胎滾動(dòng)時(shí)的偏斜方向就會(huì)抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會(huì)減少。 第十章 賽車的基本參數(shù) 賽車總重量：1200克 長(zhǎng)：38.7cm 寬：18.5cm 高：9.2cm 電路功耗：21 w 總電容約：1200μF。 傳感器類型為光電編碼器，共15個(gè)；速度傳感器一個(gè)。

56、 賽道信息檢測(cè)精度為8.5毫米，頻率為370赫茲。 圖一 第十一章 總結(jié) 本文從智能車的硬件結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了介紹。雖沒能參加第一屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽，但是我校對(duì)這項(xiàng)比賽有很大的興趣，看到冠軍隊(duì)使用光電傳感器仍然以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)敗其他對(duì)手，我們認(rèn)為在光電產(chǎn)感器方面還是有很大的開發(fā)潛力。與攝像頭比較起來調(diào)制式激光傳感器的前瞻是很近的，為了彌補(bǔ)這個(gè)不足我們決定運(yùn)用賽道記憶算法。當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法還是需要對(duì)智能車各項(xiàng)系統(tǒng)又充分理解才行

57、，我們?cè)谶@個(gè)過程中也碰到許多問題與困難，以下就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)從構(gòu)思到實(shí)現(xiàn)的回顧。 11.1比賽準(zhǔn)備階段 從第一屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽落下帷幕就開始著手此次比賽，在指導(dǎo)老師的幫助下大家經(jīng)過不懈的努力，對(duì)智能車進(jìn)行深入地研究，對(duì)飛思卡爾16控制器MC9S12DG128有了深入地了解。最終決定了主要的設(shè)計(jì)方案，一些細(xì)節(jié)則是通過各項(xiàng)試驗(yàn)才決定的。同時(shí)對(duì)于CodeworriorIED開發(fā)環(huán)境有了相當(dāng)充分的了解，并熟練掌握BDM的調(diào)試方法。通過對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)建模，充分發(fā)揮動(dòng)手能力把想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并配以合理的理論解釋，將智能車的硬件設(shè)計(jì)、軟件輔助設(shè)計(jì)清晰表達(dá)出來。 11.2激光傳感器設(shè)計(jì)

58、 比賽規(guī)則中表明只允許運(yùn)用15個(gè)傳感器，我們通過試驗(yàn)采用性價(jià)比最為合適的激光管作為傳感器，采用自主設(shè)計(jì)的電路板實(shí)現(xiàn)對(duì)黑線的識(shí)別。通過比對(duì)測(cè)試和理論計(jì)算最后采用前十后五排列方式，并實(shí)現(xiàn)賽道記憶的功能。 11.3賽道記憶控制策略及開發(fā)的賽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 由于光電傳感器的前瞻較近，彌補(bǔ)其最好的方法就是采用賽道記憶算法，這樣第二圈中的前瞻就變“遠(yuǎn)”了。在開發(fā)階段我們自主開發(fā)了賽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)獲取賽車的信息，通過算法把賽車的速度、轉(zhuǎn)角最優(yōu)化，充分發(fā)揮其性能。 11.4設(shè)計(jì)中存在的問題 1）舵機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 賽車在轉(zhuǎn)彎處主要靠舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提供轉(zhuǎn)角，雖然舵機(jī)的性能是固定的

59、，但是不同的舵機(jī)安裝方式會(huì)使其性能有所不同。最終采用立式舵機(jī)固定方式，使兩端距兩輪的距離相等，便于改變轉(zhuǎn)角?？墒嵌鏅C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性還是與理論中存在著很大差距的，所以準(zhǔn)確地為舵機(jī)定位，合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)也會(huì)使舵機(jī)得到充分發(fā)揮。 2）靜電干擾 由于賽車車輪與賽道間摩擦，會(huì)產(chǎn)生靜電。受靜電影響賽車會(huì)產(chǎn)生許多異常情況，如重起、傳感器狀態(tài)紊亂等等。為此我們?cè)谫愜嚽凹由辖饘俑?，吸收部分靜電；也可以在車底貼上錫箔紙防止靜電穿過單片機(jī)；從電路板的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，改變電路板設(shè)計(jì)也可以有效防止靜電。 3）重量分配方案 賽車在運(yùn)動(dòng)中重心會(huì)影響其穩(wěn)定性，所以準(zhǔn)確確定賽車重心可以在高速狀態(tài)下減少賽車的晃動(dòng)。通過

60、各種試驗(yàn)，調(diào)整電池、主板的位置及高度，找到比較適合車身質(zhì)量的重心位置，重心偏低可以提高賽車的穩(wěn)定性，所以在電路板設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)考慮其形狀要求。 4）坡道傳感器狀態(tài)不穩(wěn)定 比賽介紹中提到了決賽中有坡道，為了有比較大的前瞻，在上坡時(shí)光電傳感器裝態(tài)會(huì)有亂碼出現(xiàn)。針對(duì)此問題，我們適當(dāng)調(diào)整傳感器前瞻距離和光電管的光強(qiáng)，并在程序中增加了濾波功能，降低了此狀態(tài)出現(xiàn)的概率。 5）賽道記憶算法不能準(zhǔn)確校核 賽車在高速運(yùn)行中，行駛軌跡的微小變化以及車輪的打滑都會(huì)使前后兩圈的路程校準(zhǔn)產(chǎn)生較大誤差。所以要在提高速度的同時(shí)保證賽車的穩(wěn)定性，并且在程序上減小誤差，提高校準(zhǔn)精度，使賽道記憶算法得到充分的

61、利用。 11.5未來寄語(yǔ) 通過比賽的方式讓我們學(xué)到了許多，對(duì)于汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)、光電傳感器、軟件設(shè)計(jì)有了深入的了解，并擁有了一整套較為完善的軟件系統(tǒng)。但是由于知識(shí)有限，同學(xué)們對(duì)于各項(xiàng)內(nèi)容的理解還不夠，在算法上還有很大的提高空間。當(dāng)然現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方案還存在一些問題，我們暫時(shí)還不能夠解決，希望在比賽中可以學(xué)到更多，在以后的比賽中得以提高。 最后感謝飛思卡爾公司為我們提供這樣一個(gè)平臺(tái)，讓大家在智能車比拼中感受到速度的快感和知識(shí)的樂趣。 參考文獻(xiàn) [1] 王英濤，印永華，蔣宜國(guó)等．我國(guó)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)施策略研究．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（11）：44～4

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