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智能小車實(shí)踐模塊 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院 07 57 45 申沖2016 5 5 智能小車實(shí)踐模塊概述 目的 1 了解智能小車工作原理 2 鍛煉電路板設(shè)計(jì) 焊接 編程能力 3 掌握數(shù)據(jù)采集與傳輸 以及基于MATLAB的濾波器設(shè)計(jì) 4 了解智能小車PID控制原理 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 任務(wù)分解 1 智能小車驅(qū)動板電路設(shè)計(jì) 電路焊接與編程調(diào)試 5月6日 23日 電路設(shè)計(jì) 5月6日 9日 5月10日集中輔導(dǎo)時(shí)提交設(shè)計(jì)報(bào)告電路焊接 5月10日 13日 完成電路板焊接 5月13日驗(yàn)收編程 5月14日 17日 完成程序編寫 5月17日驗(yàn)收調(diào)試 5月18日 22日 完成小車調(diào)試 5月22日驗(yàn)收提交第一階段實(shí)驗(yàn)報(bào)告 5月23日 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 2 智能小車車載傳感器數(shù)據(jù)采集與處理MPU6050數(shù)據(jù)采集與傳輸 5月24日 25日基于MATLAB的濾波器設(shè)計(jì) 5月26日 29日提交一篇小論文或?qū)嶒?yàn)報(bào)告 5月30日3 智能小車速度與運(yùn)行軌跡控制實(shí)驗(yàn)基于MPU6050的智能小車控制 5月31日 6月3日基于MPU6050的智能小車轉(zhuǎn)向控制 6月4日 6月6日集中驗(yàn)收 6月7日 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 內(nèi)容 1 智能小車關(guān)鍵技術(shù)介紹2 MPU6050及信號處理技術(shù)3 智能小車的控制 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 點(diǎn)擊添加文本 如何讓小車奔馳在跑道上 框架式思維 軟件 硬件 程序書寫格式 函數(shù)調(diào)用層次 參數(shù)傳遞 大量數(shù)據(jù)獲取與處理 中斷優(yōu)先級 控制系統(tǒng)時(shí)間常數(shù) 一 框架式思維 電源電路 傳感器 驅(qū)動電路 上位機(jī)通信 MCU控制核心 g fGyroscopeAngleVelocity 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 基本控制算法框圖 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 基本硬件參考方案 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 如何讓小車奔馳在跑道上 二 軟件控制 器件操作 普通I O AD采集 PWM輸出 UART無線串口通信 IIC SPI傳感器通信 控制系統(tǒng)邏輯 中斷優(yōu)先級 控制周期設(shè)置 硬件訪問層 數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行 業(yè)務(wù)邏輯層相耦合 控制系統(tǒng)之間控制量的耦合 控制算法的運(yùn)算 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 程序流程圖 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 基本硬件框圖 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 點(diǎn)擊添加文本 速度 姿態(tài)檢測傳感器 光電編碼器 MCUAB正交解碼 速度解算 慣性測量單元 卡爾曼角度融合 簡易四元數(shù)運(yùn)算 傾角 姿態(tài)解算輔助導(dǎo)航 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 點(diǎn)擊添加文本 電源 驅(qū)動電路 電源管理 驅(qū)動電路 能源效率 相當(dāng)于汽車排量 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 內(nèi)容 1 智能小車關(guān)鍵技術(shù)介紹2 MPU6050及信號處理技術(shù)3 智能小車的控制 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 MPU6050 以數(shù)字輸出6軸或9軸的旋轉(zhuǎn)矩陣 四元數(shù) quaternion 歐拉角格式 EulerAngleforma 的融合演算數(shù)據(jù) 具有131LSBs sec敏感度與全格感測范圍為 250 500 1000與 2000 sec的3軸角速度感測器 陀螺儀 可程式控制 且程式控制范圍為 2g 4g 8g和 16g的3軸加速器 移除加速器與陀螺儀軸間敏感度 降低設(shè)定給予的影響與感測器的飄移 VDD供電電壓為2 5V 5 3 0V 5 3 3V 5 VDDIO為1 8V 5 陀螺儀運(yùn)作電流 5mA 陀螺儀待命電流 5A 10Hz高達(dá)400kHz快速模式的I2C 或最高至20MHz的SPI串行主機(jī)接口 serialhostinterface 內(nèi)建頻率產(chǎn)生器在所有溫度范圍 fulltemperaturerange 僅有 1 頻率變化 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 信號處理技術(shù) 信號噪聲信號去噪方法低通濾波器 巴特沃斯 切比雪夫 FIR等 多尺度分析方法 小波 EMD LMD等 其他 卡爾曼 維納濾波 時(shí)頻峰值濾波等 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 內(nèi)容 1 智能小車關(guān)鍵技術(shù)介紹2 MPU6050及信號處理技術(shù)3 智能小車的控制 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 PID控制算法 PID控制是工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律 問世至今70多年來 它以其結(jié)構(gòu)簡單 穩(wěn)定性好 工作可靠 調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一 是競賽中控制部分的核心與根基 控制器理想方程 計(jì)算機(jī)計(jì)算離散化 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 模糊控制算法 隨著智能車競賽的發(fā)展 競賽對車模速度 穩(wěn)定性 靈活性有了更高的要求 單純的PID算法很難滿足更高的標(biāo)準(zhǔn) 基于模糊控制 單神經(jīng)元控制改進(jìn)型的PID算法得以應(yīng)用 輸入e 輸出u 模糊推理 規(guī)則庫R PID控制器 PWM輸出 執(zhí)行系統(tǒng) 編碼器攝像頭 MCU運(yùn)算 期望值 e u 模糊值 模糊值 精確值 精確值向量 err derr 模糊化 去模糊化 模糊PID控制器算法結(jié)構(gòu) 使用自然語言的思維控制難以用數(shù)學(xué)模型及狀態(tài)方程描述的系統(tǒng) 隸屬度函數(shù) 亦可用于不同控制量的相互耦合 例如轉(zhuǎn)向與速度 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊 Matlab模糊工具箱 利用設(shè)計(jì)模糊控制文件建立Simulink模型 仿真后在ARM Cortex環(huán)境下生成C語言嵌入式代碼 07 57 45 中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院智能小車實(shí)踐模塊