畢業(yè)設(shè)計基于單片機的紅外傳感器的自動尋跡智能小車設(shè)計

1、 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 82 頁 畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于紅外傳感器的自動尋跡智能小車設(shè)計系 別專 業(yè)班級學(xué)號姓 名指導(dǎo)教師基于紅外傳感器的自動尋跡智能小車設(shè)計摘 要介紹了一種自動尋跡智能車的設(shè)計,研究了采用紅外反射式光電傳感器作為路徑采集模塊實現(xiàn)自動尋跡的軟硬件設(shè)計方法。系統(tǒng)采用freescale 16 位單片機mc9s12dg128 為核心控制器,利用12個紅外光電傳感器構(gòu)成的光電傳感器陣列采集路面信息,單片機獲得傳感器采集的路面信息和車速信息,經(jīng)過分析后控制智能車的舵機轉(zhuǎn)向,同時對直流電機進行調(diào)速,從而實現(xiàn)智能車沿給定的黑線快速平穩(wěn)地行駛。介紹了光電傳感器的尋跡原理,討論

2、了光電傳感器排列方法、布局等對尋跡結(jié)果的影響及速度和轉(zhuǎn)向控制的pid算法的研究和參數(shù)整定。關(guān)鍵字：光電傳感器，尋跡，路徑識別，pwm，piddesign of autonomous tracing smart car based on infrared sensors author:xue changliang tutor:gu deyingabstracta design of autonomous tracing system in intelligent vehicle is introduced. the software and hardware design method whic

3、h realizes the autonomous tracing using the infrared reflective photoelectric sensors as the path recognition module is researched. the system employs freescale hcs series 16 bit single-chip microcomputer mc9sdg128 as its main controller and an array of photoelectric sensors for recognizing the path

4、 information. single-chip microcomputer energizes the pwm signal to steer and control the speed of the dc electric motor according to the analysis of the path and speed information from sensors. consequently, this intelligent vehicle can track the black-guide-line automatically and move forward foll

5、owing the line quickly and smoothly. the autonomous tracing principle of photoelectric sensor is presented. the effects of sensor s array method, overall arrangement on the autonomous trace are discussed. and the use of pid algorithm in speed and steering control. key words : photoelectric sensor ,a

6、utonomous tracing, path recognition, pwm,pid目 錄第1章 緒論11.1 課題的研究背景11.2 國內(nèi)外智能車的研究現(xiàn)狀11.3 本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排3第2章 紅外傳感器的尋跡原理及布局對尋跡的影響42.1 紅外傳感器尋跡原理42.2 傳感器布局對路徑識別的影響62.2.1 布局相關(guān)參數(shù)62.2.2 一字型與八字型布局研究6第3章 智能車機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整93.1 賽車參數(shù)93.2 舵機安裝方式調(diào)整103.3 前輪定位103.3.1 主銷后傾角103.3.2 主銷內(nèi)傾角113.3.3 前輪外傾角123.3.4 前輪前束133.4 重心位置133.5 齒輪傳動

7、間距調(diào)整143.6 后輪差速機構(gòu)調(diào)整14第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計154.1 s12控制核心164.2 電源管理模塊174.2.1 單片機穩(wěn)壓電源電路設(shè)計174.2.2 舵機電源模塊設(shè)計194.3 電機驅(qū)動模塊204.4 速度檢測模塊234.5 路徑識別模塊25第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計275.1 系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)285.1.1 時鐘初始化285.1.2 串口初始化285.1.3 ad初始化295.1.4 pwm初始化305.2 路徑信息處理325.3 數(shù)字濾波算法335.4 小車控制算法355.4.1 pid算法375.4.2 舵機控制395.4.3 電機控制39第6章 系統(tǒng)調(diào)試406.1 開發(fā)調(diào)試工具

8、406.2 無線調(diào)試模塊426.3 撥碼開關(guān)調(diào)試426.4 試驗結(jié)果分析42結(jié) 論44致 謝45參考文獻46附 錄47附錄a 硬件原理圖47附錄b 程序源代碼49附錄c sorting out pid controller differences69第1章 緒論1.1 課題的研究背景汽車工業(yè)發(fā)展已有100多年的歷史。1953年，世界上第一臺無人駕駛牽引車誕生，這是一部采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤路徑的自動導(dǎo)向車。20世紀(jì)80年代以來，智能控制理論與技術(shù)在交通運輸工程中越來越多的被應(yīng)用，在這一背景下，智能汽車的概念應(yīng)運而生。智能車即輪式移動機器人,是一種集環(huán)境感知、決策規(guī)劃、自動行駛等功能于一體的綜

9、合智能系統(tǒng),智能車集中地運用了自動控制、模式識別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科的知識 。隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,智能車在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中已經(jīng)扮演了非常重要的角色,近年來,智能車在野外、道路、現(xiàn)代物流及柔性制造系統(tǒng)中都有廣泛運用,已成為人工智能領(lǐng)域研究和發(fā)展的熱點。目前,智能車領(lǐng)域的研究已經(jīng)能夠在具有一定標(biāo)記的道路上為司機提供輔助駕駛系統(tǒng)甚至實現(xiàn)無人駕駛,這些智能車的設(shè)計通常依靠特定道路標(biāo)記完成識別,通過推理判斷模仿人工駕駛進行操作1。1.2 國內(nèi)外智能車的研究現(xiàn)狀智能汽車是一種高新技術(shù)密集型的新型汽車，是今后的主流汽車產(chǎn)品。而研究智能汽車所必需的理論

10、與技術(shù)支持大部分已經(jīng)基本具備。正是基于這一點，國際上正在形成智能汽車研究、設(shè)計、開發(fā)、競賽的熱潮。美國是世界上對智能汽車最為關(guān)注的國家。美國交通部已開始一項五年計劃，投入3500萬美元，與通用汽車公司合作開發(fā)一種前后防撞系統(tǒng)。同時，美國俄亥俄州立大學(xué)和加州大學(xué)以及其他一些研究機構(gòu)正在進行全自動車輛的研制和改進工作。cmu大學(xué)的nablab5實驗智能車是由potiac運動跑車改裝而成的，裝有便攜式計算機、攝像頭、gps全球定位系統(tǒng)、雷達和其他輔助設(shè)備。1995年6月，nablab5進行了橫穿美國的nhaa（no hands across america），從賓州的匹茨堡到加州的圣地亞哥，行程45

11、87km，其中自主駕駛部分占98.2%。美國移動導(dǎo)航子系統(tǒng)（mna）能計算出最佳行駛路徑，還能不斷地接收現(xiàn)場的最新交通狀況，給出連續(xù)更新的指向，讓車輛始終沿著理想的路徑向前行駛。此外，美國還將智能汽車的研究用于軍事上，美國國防部采用無人車去執(zhí)行危險地帶的巡邏任務(wù)，目前正在進行第三代軍用智能汽車的研究，稱為demo ，能滿足有路和無路條件下的車輛自動駕駛。在此基礎(chǔ)上，美國國防部與民間的大學(xué)、企業(yè)和發(fā)明家聯(lián)合開展了全球領(lǐng)先的智能汽車競賽。2007年11月，美國第三屆智能汽車大賽在加利福尼亞州維克托爾舉行。參賽的無人駕駛車倆的頭頂有旋轉(zhuǎn)的激光器，兩邊還有轉(zhuǎn)動的照相機，內(nèi)部安裝有電腦裝置。這些無人駕駛

12、的汽車完全由電腦控制，利用衛(wèi)星導(dǎo)航、攝像、雷達和激光，人工智能系統(tǒng)可判斷出汽車的位置和方向，隨后將指令傳輸?shù)截撠?zé)駕駛車輛的系統(tǒng)，絲毫不受人的干涉，用傳感器策劃和選擇它們的路線。參賽的無人駕駛智能汽車沿著附近的公路飛奔。歐洲開發(fā)基金資助進行駕駛員監(jiān)測、道路環(huán)境的感知、視覺增強、前車距控制以及傳感器融合方面的研究。同時，歐洲的一些國家正試驗智能速度適應(yīng)（intelligent speed adaptation，isa）作為提高車輛安全性的手段，其構(gòu)想是通過路邊標(biāo)志信息或衛(wèi)星定位信息以及車載數(shù)字地圖進行車輛導(dǎo)航，并自動控制車輛速度。實驗結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)能使交通事故減少20%。德國慕尼黑聯(lián)邦國防大

13、學(xué)與奔馳汽車公司合作研制開發(fā)了vamp試驗車，它是由一輛豪華型的奔馳500sel改裝而成，視覺系統(tǒng)主要包括道路檢測與跟蹤rdt和障礙物檢測與跟蹤odt兩個模塊。在整個試驗中，系統(tǒng)行使了1600公里，其中95%的部分是自動駕駛的。目前在日本，夜視和后視報警系統(tǒng)已應(yīng)用在某些汽車上，三菱公司和尼桑公司已發(fā)布其近期可使用的防撞設(shè)備，前方防撞和車道偏離有望在12年內(nèi)實現(xiàn)。本田公司、尼桑公司和豐田公司也在各自先進安全性車輛計劃中發(fā)展行車安全子系統(tǒng)，它們包括：車道定位系統(tǒng)、前車距離控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、障礙物報警系統(tǒng)、駕駛員打盹報警系統(tǒng)和夜間行人報警系統(tǒng)等。日本智能公路（smartway）計劃中，提出車輛

14、上采用諸如：車道保持、十字路口防撞、行人避讓和車距保持等項技術(shù)。2003年日本將開始實施一個示范計劃，到2015年將在日本全國范圍內(nèi)實施smartway計劃。韓國借助于本國當(dāng)前蓬勃發(fā)展的汽車工業(yè)，致力于全新的智能汽車技術(shù)在年輕一代中的跨越式發(fā)展，在全國率先開展了大學(xué)智能汽車競賽。每年韓國大約有100余支隊伍參賽，該項賽事得到了眾多高校和大學(xué)生的歡迎，也逐漸得到了企業(yè)的關(guān)注2。國內(nèi)智能汽車的研究也不斷發(fā)展。清華大學(xué)汽車研究所是國內(nèi)最早成立的主要從事智能汽車及智能交通的研究單位之一，在汽車導(dǎo)航、主動避撞、車載微機等方面進行了廣泛而深入的研究。清華智能車thmr - v 采用分層遞階的體系結(jié)構(gòu),基于

15、以大網(wǎng)通信,集成有ccd、攝像機、激光雷達、磁羅盤- 光碼盤、gps 等多種傳感器,并建立了相應(yīng)的方向、油門、剎車三個自動控制系統(tǒng)。基于擴充轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)(atn) 的道路理解技術(shù)和基于混合模糊邏輯的控制方法,實現(xiàn)了車道線自動跟蹤的平均車速為100km/ h ,最高車速達到150km/ h 。清華智能車thmr - v 課題組在車道線自動跟蹤技術(shù)研究方面處于國內(nèi)領(lǐng)先,達到國際先進的水平。上海市“智能汽車車內(nèi)自主導(dǎo)航系統(tǒng)”的一種樣車，2000年7月19日通過市科委鑒定，它標(biāo)志著上海智能交通系統(tǒng)進入實質(zhì)性實施階段。國防科大成功試驗了第四代無人駕駛汽車，它的最高時速達到了75.6km。同時，以韓國大學(xué)生智

16、能汽車競賽為藍本，我國也組織了自己國內(nèi)的大學(xué)生智能汽車競賽，并受到了眾多高校和大學(xué)生的歡迎。1.3 本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文所述智能車就是一種自動導(dǎo)引小車,能夠在給定的區(qū)域內(nèi)沿著軌跡自動進行行進。小車運行過程由方向檢測和電機驅(qū)動兩個部分控制,采用與白色地面顏色有較大差別的黑色線條作引導(dǎo)。智能車尋跡系統(tǒng)采用紅外反射式光電管識別路徑上的黑線,并以最短的時間完成尋跡,用單片機mc9s12dg128掃描光電傳感器組, 對采集到的信號進行分析處理并做出邏輯判斷后, 得到行進方向,再通過加長轉(zhuǎn)臂的舵機驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向,實現(xiàn)智能車的循跡行進。智能車的驅(qū)動采用直流電機,并采用pwm 實現(xiàn)直流電機的調(diào)速,為了使智能車

17、快速、平穩(wěn)地行駛,系統(tǒng)必須把路徑識別、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向伺服電機控制以及直流驅(qū)動電機控制準(zhǔn)確地結(jié)合在一起。論文共六章，包括小車的框架結(jié)構(gòu)、智能車模型的調(diào)整、小車的硬件和軟件的設(shè)計和控制算法的研究等。其中，第一章為引言，主要介紹了智能車研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀；第二章為紅外傳感器尋跡原理及布局對尋跡的影響，主要介紹了路徑檢測傳感器的原理及布局對尋跡的影響。第三章為智能車模型的機械結(jié)構(gòu)調(diào)整，分別介紹了智能車模型的基本參數(shù)，以及車體前輪傾角、舵機力臂、車體重心、后輪差速和齒輪不同程度調(diào)整對智能車性能的影響；第四章為智能車的硬件系統(tǒng)設(shè)計，介紹了構(gòu)成系統(tǒng)的電源管理模塊，路徑識別模塊、車速檢測模塊、顯示模塊、轉(zhuǎn)向舵機控

18、制模塊和直流電機驅(qū)動模塊；第五章為智能車軟件系統(tǒng)設(shè)計，包括小車軟件設(shè)計的整體流程，時鐘模塊初始化，a/d模塊初始化，pwm模塊初始化，ect模塊初始化，以及小車控制算法的研究；第六章介紹了在智能車設(shè)計過程中遇到的一系列問題和解決辦法。第2章 紅外傳感器的尋跡原理及布局對尋跡的影響路徑識別系統(tǒng)相當(dāng)于智能車的眼睛，是整車設(shè)計的關(guān)鍵。實現(xiàn)智能車的路徑識別功能有多種方式，針對此大體有以下兩種方案：1）使用ccd攝像頭進行圖像采集和識別。具體識別過程還涉及圖像采集、圖像處理及識別等步驟。此種方法雖然有分辨率比較高，對路面的信息處理準(zhǔn)確等優(yōu)點，但對硬件處理速度和軟件算法的要求都比較嚴(yán)格，實時性欠佳，且成本

19、較大。2）使用反射式光電傳感器進行路徑識別。這種傳感器在智能識別技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。它可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體采用這種方法易于實現(xiàn)，響應(yīng)速度較快，算法相對于ccd較簡單，實時性比較好，成本較低。缺點也是顯而易見的，分辨率不高，易受外界環(huán)境光線影響，同時占用單片機端口比較多。經(jīng)過慎重分析選擇，最終選定了第二種識別方案，即采用反射式傳感器進行路徑識別。2.1 紅外傳感器尋跡原理光電傳感器按檢測方式通常分為對射式和反射式。反射式光電傳感器的光源有多種,常見的有紅外發(fā)光二極管、普通發(fā)光二極管和激光二極管,前兩種光源容易受到外界光源的干擾,而激光二極管發(fā)出的光的頻率較

20、集中,傳感器只接收很窄的頻率范圍信號,不容易被干擾,但價格較貴。紅外反射式光電傳感器工作時會受到多種不確定因素的影響,如反射表面的形狀、顏色、光潔度,以及日光等,因此,為了提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性,通常是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射,再由光敏管接收調(diào)制的紅外信號3。同時，要保證發(fā)射管和接收管的波長匹配。接收的反射光強度經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換得到的輸出信號電壓vout 是反射面與傳感器之間距離 x 的函數(shù),當(dāng)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時, x 與vout 的響應(yīng)曲線是非線性的,如圖1 所示。設(shè)定輸出電壓達到某一閾值時作為目標(biāo),不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。圖2.1 輸出信號與距離的關(guān)系曲線當(dāng)x 一定時，接

21、收的反射光強度還與反射面的特性有關(guān)。在智能車系統(tǒng)中，紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線具有一定的方向性, 當(dāng)紅外線照射到白色地面時會有較大的反射，如果距離x 取值合適,紅外接收管接收到反射回的紅外線強度就較大;如果紅外線照射黑色標(biāo)志線,黑色標(biāo)志線會吸收大部分紅外光,紅外接收管接收到紅外線強度就很弱。這樣,利用紅外光電傳感器檢測智能車行駛道路上的黑色標(biāo)志線,就可以實現(xiàn)智能車的自動尋跡。紅外光電傳感器的輸出可分為數(shù)字式與模擬式兩種。數(shù)字式紅外傳感器具有與微處理器相對應(yīng)的接口,硬件電路簡單,但存在采集路徑信息粗糙、丟失路徑信息的缺點。模擬式紅外傳感器輸出的模擬信號,通過將多個模擬式紅外傳感器進行適當(dāng)?shù)慕M合形成光

22、電傳感器陣列,可以再現(xiàn)道路的準(zhǔn)確信息,具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。圖2 為沿車道黑色標(biāo)志線分布的陣列光電傳感器的輸出。實際工作時利用傳感器對白色和黑色的反射率大小,把最大、最小值之間分為n 個index 區(qū)間, 通過對各個傳感器index 值的組合來獲得車身相對路徑標(biāo)志線的位置,從而對位置和行駛方向都能做較精確的控制。圖2.2 沿黑色標(biāo)志線分布的陣列光電傳感器輸出2.2 傳感器布局對路徑識別的影響 使用光電傳感器實現(xiàn)智能車的路徑識別,除了要求使用的發(fā)射/ 接收器件的波長特性一致,發(fā)射/接收傳感器組對時,各方面性能盡量接近外,傳感器的安裝布局對尋跡效果也有非常大的影響4。2.2.1 布局相關(guān)參數(shù)

23、（1）傳感器間隔各個傳感器的布局間隔對智能車行車是有一定的影響的。道路中間黑色導(dǎo)引線的寬度為25mm，因此如果要求傳感器間不出現(xiàn)同時感應(yīng)現(xiàn)象（即每次采集只出現(xiàn)一個傳感器值為1），那么傳感器間隔就必須大于25mm。如果將間隔設(shè)計成小于25mm，從而產(chǎn)生更多的情況，有利于模型車與道路偏移距離的判斷。此外，如果間隔過大，還會出現(xiàn)另一種情況，即在間隔之間出現(xiàn)空白對于防飛車能力，可以用最大限制速度來衡量。20mm間隔的最大限制速度在3m/s，40mm間隔的最大限制速度則為3.3m/s。經(jīng)過分析后可知，這是由于傳感器間隔大造成車的橫向控制范圍較大（40mm的車控制在13mm內(nèi)，而20mm的則在7mm內(nèi)），

24、因此它不易造成迷失。（2）徑向探出距離徑向探出距離是指光電傳感器離車頭的徑向距離。它主要影響智能車的預(yù)測性能。對于未知的路徑，如果能早一步了解到前方道路的情況，那么就可以早些做出調(diào)整，從而使車以相應(yīng)最優(yōu)策略通過道路。所以，理論上探出距離是越大越好，但是如果距離過大，智能車可能會發(fā)生重心偏移，造成行駛不穩(wěn)、振動等一系列問題。因此，為了既能增加徑向距離，又不引起重心偏移，本文可以采用帶傾角的傳感器安裝方式。2.2.2 一字型與八字型布局研究（1）一字型布局一字型布局是傳感器最常用的布局形式，即各個傳感器都在一條直線上，從而保證縱向的一致性，使其控制策略主要集中在橫向上。對于不同的間隔選擇，其出現(xiàn)情

25、況數(shù)也相對不同。本文仿真試驗采用的是間隔大于25mm且兩兩并列的布局方式，這樣在跑車時可以產(chǎn)生13種不同的情況。首先，對于傳感器有輸出值的(即其中有一傳感器照到黑道)情況，則根據(jù)其所在的位置進行相應(yīng)控制；其次，對于迷失情況，可利用之前哪個傳感器輸出情況來推斷模型車時進入了哪一段區(qū)域。本文選用兩兩并列就是為了能明確區(qū)分出具體區(qū)域，如果不這樣排列，則當(dāng)出現(xiàn)迷失時，將無法判斷黑道在左邊還是右邊。（2）八字型布局八字型布局從橫向來看與一字型類似，但它增加了縱向的特性，從而具有了一定的前瞻性。將中間兩傳感器進行前置的主要目的在于能夠早一步了解到車前方是否為直道，從而可以進行加速。值得一提的是，由于縱向的

26、排列不一致，就比一字型更增加了多傳感器同時感應(yīng)的可能性(一字型只可能是所有傳感器同時感應(yīng)，而八字型則可能出現(xiàn)幾個傳感器同時感應(yīng)的現(xiàn)象)。因此，在決定控制策略時，必須要考慮這種情況，但反過來說，我們也可以利用這種情況的發(fā)生來完成一些特定的判斷(比如某彎道角度的確定等)。 最終選定一字型排布方式。發(fā)射管選擇臺灣億光生產(chǎn)的大功率紅外管hir383（如圖2.3）, 在應(yīng)用時串聯(lián)一個50的限流電阻，發(fā)射電流增大到100ma。對應(yīng)選取波長與hir383相近的pt334作為接收管。并且把接收電阻增大到50k，放大接收到的光電信號。此外，由于采用分離式紅外接收管，增大了發(fā)射功率和發(fā)射半徑，相鄰的紅外發(fā)射管會對

27、同一個接收管產(chǎn)生干擾，因此，給每個接收管套上熱縮管，使得每個接收管只在相對應(yīng)的一小塊區(qū)域內(nèi)接受紅外信號。圖2.3 hir383c發(fā)射管圖2.4 單排hir333c紅外光電管實物圖第3章 智能車機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整車體結(jié)構(gòu)是硬件中一個很重要的方面，從控制的角度來說，這部分既是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)又是被控對象。車模底盤參數(shù)優(yōu)化和前輪參數(shù)優(yōu)化等調(diào)整可以保證車體在機械結(jié)構(gòu)方面具有良好的性能，使其擁有較強的執(zhí)行能力，其重要性絲毫不亞于良好的控制決策；而保證被控對象的輕便與靈活同樣有利于提高控制效果。所以，在整車的機械結(jié)構(gòu)方面，我們對轉(zhuǎn)向機構(gòu)、前輪定位、重心位置、車模底盤、后輪差速及齒輪傳動進行了改進。3.1賽車參數(shù)

28、我們選用1/10 matiz仿真車模。車?；境叽鐓?shù)如表3.1。表3.1 車?；境叽缁緟?shù)尺寸軸距197mm前輪距124mm后輪距136mm車輪直徑5cm車長316mm車寬172mm傳動比18/76智能車參數(shù)（如表3.2）：表3.2 模型車主要技術(shù)參數(shù)說明車模長（cm）38.5車模寬（cm）24.5車模高（cm）13電路功耗2a探測距離（cm）32傳感器個數(shù)13車模重量（kg）1.2增加電機個數(shù)0賽道檢測精度5ms賽道檢測頻率（次/s）203.2 舵機安裝方式調(diào)整舵機轉(zhuǎn)動一定角度有時間延時，時間延時正比于旋轉(zhuǎn)過的角度，反比于舵機的響應(yīng)速度。通過控制策略分析可知，舵機的響應(yīng)速度直接影響模型

29、車通過轉(zhuǎn)彎通道時的最高速度，提高舵機的響應(yīng)速度是提高模型車平均速度的一個關(guān)鍵。提高舵機響應(yīng)速度有二個方法，一是提高舵機的工作電壓；二是在機械上進行調(diào)整，根據(jù)杠桿原理，將舵機的輸出舵盤適當(dāng)加長，將轉(zhuǎn)向傳動桿連接在加長的輸出盤的末端。這樣就可以在舵機輸出較小的轉(zhuǎn)角下，取得最大的前輪轉(zhuǎn)角，提高了舵機的響應(yīng)的靈敏度。3.3 前輪定位現(xiàn)代汽車在正常行駛過程中，為了使汽車直線行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動回正，并減少輪胎和轉(zhuǎn)向零件的磨損等，在轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸之間須形成一定的相對安裝位置，稱作車輪定位，其主要定位參數(shù)包括:主銷后傾、主銷內(nèi)傾、車輪外傾和前束。matiz車模前輪的四項定位參數(shù)均可調(diào)5。3

30、.3.1 主銷后傾角主銷指轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向是圍繞其轉(zhuǎn)動的軸。主銷在汽車的縱向平面內(nèi)由一個向后的傾角，即主銷軸線與地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，成為“主銷后傾角”，如圖3.1所示。采用主銷后請的原因是由于汽車在車輪偏轉(zhuǎn)后會產(chǎn)生一回正力矩，糾正車輪的偏轉(zhuǎn)。后傾角越大，車速越高，車輪偏轉(zhuǎn)后自動恢復(fù)能力越強。而回正力矩過大，會引起前輪回正過猛，加速前輪擺震，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重。圖3.1 主銷后傾角實驗中發(fā)現(xiàn)，在其他情況相同的條件下，主銷后傾角對車體的影響主要有以下三個方面:(l)主銷后傾角太小造成不穩(wěn)定:主銷后傾角接近0 甚至小于0 的情況下，當(dāng)車模在較高速度行駛時，轉(zhuǎn)向后車模缺乏自動回正能力，舵機對轉(zhuǎn)向

31、控制過于靈活。車速高時發(fā)飄，更容易在直道行駛時產(chǎn)生震蕩。(2)主銷后傾角太大造成轉(zhuǎn)向不靈活:主銷后傾角大于6 的情況下，前輪的轉(zhuǎn)向能力明顯受到限制，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)向沉重，控制滯后嚴(yán)重。(3)主銷后傾角不對稱造成跑偏:左、右兩輪之主銷后傾角不相等時，車模出現(xiàn)跑偏，跑偏方向朝向主銷后傾角較小的一側(cè)?；谝陨戏治觯Y(jié)合試驗，將主銷后傾角調(diào)整為2 左右。這種情況下，汽車轉(zhuǎn)向較靈活，而且在高速行駛的時候，轉(zhuǎn)向后車體有一定的自動回正能力，可以使車體運動軌跡更加平穩(wěn)，行駛路線平滑。3.3.2 主銷內(nèi)傾角主銷在汽車的橫向平面內(nèi)向內(nèi)側(cè)傾斜一個角，即主銷軸線與地面垂直線在汽車橫向斷面內(nèi)的夾角，成為“主銷內(nèi)傾角”，如圖3

32、.2所示。主銷內(nèi)傾角也有利于車輪自動回正作用。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，由于主銷內(nèi)傾的原因，車輪連同整個汽車的前部將被抬起一定高度，當(dāng)外力消失后，車輪就會在重力作用下恢復(fù)到原來的正中位置。另外，主銷內(nèi)傾還會使主銷軸線延長線與路面的交點到車輪中心平面的距離減小，同時轉(zhuǎn)向時路面作用在轉(zhuǎn)向輪上的阻力矩也會減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時駕駛員(舵機)施加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時也減小了由于路面不平而從轉(zhuǎn)向輪輸出到轉(zhuǎn)向盤上的力反饋。但是主銷內(nèi)傾角不宜過大，否則在轉(zhuǎn)向時車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)的過程中，輪胎與路面間將產(chǎn)生較大的滑動，從而增加輪胎與路面之間的摩擦阻力。這不僅會使轉(zhuǎn)向變的沉重，還將加速輪胎的磨

33、損，也容易在轉(zhuǎn)向是造成前輪的滑移。圖3.2 主銷內(nèi)傾角與前輪外傾角模型車通過調(diào)整前輪定位螺桿長度來改變主銷內(nèi)傾角，通過實驗證實6 8 的主銷內(nèi)傾角對于智能車對期望軌跡跟蹤的穩(wěn)定性、行駛路線的平滑性以及汽車的控制能力都比較有利，在實際調(diào)試的過程中也選擇了這樣的主銷內(nèi)傾角。3.3.3 前輪外傾角通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，稱為“前輪外傾角”，如圖3.2所示。前輪外傾角一方面可以在汽車重載時減小或者消除主銷與襯套、輪與軸承等處的裝配間隙，使車輪接近垂直路面滾動而滑動，同時減小轉(zhuǎn)向阻力，使汽車轉(zhuǎn)向輕便;另一方面還可以防止由于路面對車輪垂直反作用力的軸向分力對外端軸承

34、的壓迫，減少軸承及其鎖緊螺母的載荷，從而增加這部分零件的使用壽命，提高汽車的安全性。一般前輪外傾角為1 左右。而現(xiàn)代汽車高速化、急轉(zhuǎn)向等工況要求前輪外傾角減小甚至為負值。模型車前輪某配件用來調(diào)整前輪外傾角。實驗中發(fā)現(xiàn):由于智能車主要用于競速，在設(shè)計中必然要求盡可能減輕重量，所以底盤承重不大，而且前輪外傾角只有兩檔可調(diào)，故設(shè)定為0 即可，關(guān)鍵是前輪前束要與之匹配。3.3.4 前輪前束當(dāng)車輪有了外傾角后，在滾動是就類似于圓錐滾動，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。由于轉(zhuǎn)向橫拉桿和車橋的約束使車輪不可能向外滾開，車輪將在地面上出現(xiàn)邊滾動邊滑移的現(xiàn)象，從而增加輪胎的磨損。在安裝車輪是，為消除車輪外傾帶來的這種

35、不良后果，可以使汽車兩前輪的中心面不平行，并使兩輪前邊緣距離小于后邊緣距離，距離之差稱為“車輪前束”。內(nèi)八字樣的前端小后端大的稱為“前束”，而外八字樣后端小前端大的稱為“后束”或者“負前束”。圖3.3 前輪前束3.4 重心位置汽車重心的位置通常用重心距前軸中心線的水平距離和重心距水平路面的高度來表示?？赏ㄟ^實驗法、估算法測出重心位置。模型車的控制方面，如果重心靠近后軸，對模型車的動力性能有益，后輪抓地力增加，增大轉(zhuǎn)向靈敏度，但會減少轉(zhuǎn)向；如果重心靠近前軸，則對模型車的制動性和操縱穩(wěn)定性有益，會增加轉(zhuǎn)向，但會降低轉(zhuǎn)向靈敏度，并且降低了后輪的抓地力?？紤]到模型車頻繁轉(zhuǎn)向，對于智能車的動力性要求沒有

36、操縱穩(wěn)定性和制動性的要求高，所以在不增加車重和重心垂直位置盡量低的前提下，通過電路板設(shè)計安裝來使模型車的重心適當(dāng)前移。通過理論分析并結(jié)合大量實驗，我們將汽車模型的重心調(diào)整在前后軸之間五分之二左右的位置，并使其靠近前軸，這時智能車的行駛比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向也比較靈活，行駛路線平滑。3.5 齒輪傳動間距調(diào)整車模后輪采用rs-380sh-4045 電機驅(qū)動，電機軸與后輪軸之間的傳動比為 9：38（電機軸齒輪齒數(shù)為18，后輪軸傳動輪齒數(shù)為76），齒輪傳動機構(gòu)對車模的驅(qū)動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當(dāng)，會大大增加電機驅(qū)動后輪的負載，從而影響到最終成績。調(diào)整的原則是：兩傳動齒輪軸保持平行, 齒輪

37、間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，白白浪費動力;傳動部分要輕松、順暢，容易轉(zhuǎn)動，不能有卡住或遲滯現(xiàn)象.判斷齒輪傳動是否調(diào)整好的一個依據(jù)是,聽一下電機帶動后輪空轉(zhuǎn)時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載加大。調(diào)整好的齒輪傳動噪音小，并且不會有碰撞類的雜音。3.6 后輪差速機構(gòu)調(diào)整差速機構(gòu)的作用是在車模轉(zhuǎn)彎的時候，降低后輪與地面之間的滑動；并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機。當(dāng)車輛在正常的過彎行進中 (假設(shè)：無轉(zhuǎn)向不足亦無轉(zhuǎn)向過度)，此時4 個輪子的轉(zhuǎn)速(輪速

38、)皆不相同，依序為：外側(cè)前輪外側(cè)后輪內(nèi)側(cè)前輪內(nèi)側(cè)后輪。此次所使用車模配備的是后輪差速機構(gòu)。差速器的特性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越高以此次使用的后輪差速器為例，在過彎時，因外側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較小，輪速便較高；而內(nèi)側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較大，輪速便較低。差速器的調(diào)整中要注意滾珠輪盤間的間隙，過松過緊都會使差速器性能降低，轉(zhuǎn)彎時阻力小的車輪會打滑，從而影響車模的過彎性能。好的差速機構(gòu)，在電機不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度之間誤差很小，不會有遲滯或者過轉(zhuǎn)動情況發(fā)生。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計該智能車系統(tǒng)采用飛思卡爾mc9s12dg128

39、b單片機為檢測和控制核心；以紅外傳感器為路徑檢測傳感器，自動檢測跑道上的黑線；并根據(jù)采集到的黑線信息，通過軟件對小車進行轉(zhuǎn)向和速度的控制，再通過速度反饋和小車的位置，實時監(jiān)控調(diào)節(jié)智能車的行進狀態(tài)，整體結(jié)構(gòu)框圖如下：mc9s12 單片機控制 核心路徑識別模塊塊塊測速模塊直流電機驅(qū)動模塊舵機驅(qū)動模塊車速信號舵機控制信號后輪驅(qū)動pwm方波信號圖4.1 智能車整體框架結(jié)構(gòu)圖硬件系統(tǒng)是智能車中除機械結(jié)構(gòu)以外的另一個重要的部分。是智能車系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。簡單、合理而抗干擾能力較強的電路對于電子系運行的穩(wěn)定、控制的精度都有著直接的影響。本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由s12控制核心、電源管理模塊，路徑識別模塊、

40、車速檢測模塊、顯示模塊、轉(zhuǎn)向舵機控制模塊和直流電機驅(qū)動模塊組成，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖如下所示。5vpwm信號td340電機tps7350舵機6vmosfet驅(qū)動路徑識別模塊7.2v電源tps7350速度檢測模塊mc9s12dg128tps7350顯示模塊pwm信號pwm信號信號信號5v5v5v5v圖4.2 硬件電路框圖4.1 s12控制核心系統(tǒng)的控制芯片采用飛思卡爾公司的mc9s12dg128b,該芯片采用增強型16位s12cpu，片內(nèi)總線時鐘頻率最高可達25mhz；片內(nèi)資源包括8kbram、128kb flash、2kbeeprom；sci、spi、pwm串行接口模塊；還提供2個8路10位精度

41、a/d轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)模塊can和增強型捕捉定時器，并支持背景調(diào)試模塊（bdm）。本系統(tǒng)i/o的具體分配如下：pwm1輸出舵機的控制信號；pwm2、pwm3輸出光電發(fā)射管的驅(qū)動脈沖；pwm4、pwm5輸出電機控制信號；pad0-pad11用于小車前面路面識別的輸入口；ph0-ph3用于設(shè)置不同的速度；i/o1口用于速度檢測信號的輸入口；addr0-addr10輸出顯示電路的控制信號。4.2 電源管理模塊高性能的電源管理系統(tǒng)對于電子系統(tǒng)穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的。作為智能車動力的來源，電源模塊為系統(tǒng)的控制器，執(zhí)行機構(gòu)，傳感器等各個模塊提供可靠的工作電壓。設(shè)計中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本

42、參數(shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化。電源管理模塊的功能是對電池進行分配和電壓調(diào)節(jié)，為其他各個模塊的正常工作提供可靠的工作電壓。智能車控制系統(tǒng)中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個穩(wěn)壓電路。電源模塊的框圖如圖4.3所示。電源主電源7.2v 2ah鎳鎘電池穩(wěn)壓器tps73505vtps73505vtps73506v用電模塊速度傳感器模塊路徑傳感器模塊單片機模塊驅(qū)動電機模塊轉(zhuǎn)向舵機模塊顯示模塊圖4.3 系統(tǒng)電源模塊框圖4.2.1單片機穩(wěn)壓電源電路設(shè)計單片機是整個智能車的核心部分，它的性能是否穩(wěn)定性直接關(guān)系到賽車的行駛狀況，如果

43、穩(wěn)壓電源選擇不好，將會導(dǎo)致單片機容易復(fù)位、抗干擾性能差。單片機工作電壓范圍為 +4.5 5.25v，典型電壓是 +5 v，工作電流為80ma 150ma，電流大小跟i/o端口對外圍驅(qū)動以及系統(tǒng)超頻有關(guān)。適合的芯片有7805、lm2576、tps7350等。選擇芯片主要以電源特性、輸入電壓范圍、壓差、輸出電流大小為標(biāo)準(zhǔn)。電源特性主要分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，其中線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓精度高，但在工作中會造成較大的熱損失 (其值為v 壓降 i負荷) ，效率較低；開關(guān)穩(wěn)壓器效率較高，但有較高的電源噪音耗音，耗電量較大的電路適合采用。輸入電壓范圍主要考慮電池兩端的電壓在模型車運行過程中會逐漸降低，特別是在模

44、型車啟動或制動過程中，電池提供大的電流時，電池兩端電壓會降低很多，當(dāng)電壓降到某一值時，穩(wěn)壓芯片不能正常工作。所以需要選擇一些工作壓差小的穩(wěn)壓芯片，壓差即芯片能正常工作時的輸入電壓與輸出電壓的差值。輸出電流大小主要考慮滿足負載需求，如果負載電流大于穩(wěn)壓芯片電流，則負載不能正常工作，甚至可能會芯片內(nèi)自帶過流保護啟動，沒有電流輸出。在都可以實現(xiàn)其功能時，穩(wěn)壓電路的設(shè)計需要簡單可靠，同時便于檢測，所以還會以其芯片外圍電路的相對復(fù)雜程度選用盡可能簡單的芯片。以下為這幾種芯片的性能比較：表 4.1 7805、lm2576、tps7350性能比較7805lm2576tps7350最小壓降1.7v1.0v0.

45、035v最小靜態(tài)工作電流6ma5ma340ua輸出噪聲40uv與濾波元件有關(guān)2uv使用外圍元件個數(shù)342輸出電容的容量中高低成本低高中通過上表可以看出，在相同的輸出條件下，tps7350具有更低的工作壓降和最小的靜態(tài)工作電流，也就體現(xiàn)了其低功耗的優(yōu)點。在智能車控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源為電池供電，自然tps7350 也就成為電源調(diào)節(jié)器件的首選。tps73xx 是美國ti 公司生產(chǎn)的微功耗、低壓差電源管理芯片，它具有節(jié)電關(guān)斷模式與輸出電壓監(jiān)控功能，極低的靜態(tài)電流且不隨負載變化；集成延時微處理器復(fù)位功能保證系統(tǒng)的正常工作；具有完善的保護電路,包括過熱、過流及電壓反接保護。利用該器件只需極少的外圍器件

46、便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。tps73xx 具有輸入電壓范圍大，過熱、過流及電壓反接保護，輸出電流為150ma 時壓差小于0.1v 等特點，特別是當(dāng)其輸出電流為100ma時，壓差僅僅為0.035v，如tps73xx系列中的tps7350 可保證電池電壓在+7v+5.1v 范圍內(nèi)變化時，輸出穩(wěn)定的5v電壓,顯著的提高了電源的利用效率。本智能車控制系統(tǒng)的電源管理都是圍繞tps7350的使用而展開的。單片機的供電電壓為5v,由tps7350供電，供電電路如圖4.4： 圖4.4 單片機供電電路4.2.2 舵機電源模塊設(shè)計舵機型號：futaba s3010。舵機本身是一個位置隨動系統(tǒng)。它由舵盤、減速齒輪組、位

47、置反饋電位計、直流電機和控制電路組成。通過內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號，因此對于它的控制可以使用開環(huán)控制。在負載力矩小于其最大輸出力矩的情況下，它的輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的脈沖寬度。舵機接口一般采用三線連接方法，黑線為地線，紅線為電源線，另外一根為控制信號線?？刂菩盘柺侵芷谠?0ms左右的脈沖信號，脈沖信號的寬度決定舵機輸出舵盤的角度。舵機輸入電壓為4.0v-6.0v,下表為舵機的速度和轉(zhuǎn)矩參數(shù)：表4.2 舵機主要參數(shù)速度:0.20 sec/60 4.8v0.16 sec/60 6.0v轉(zhuǎn)矩:72 oz-in(5.2kg-cm) 4.8v90 oz-in(6.5kg-cm

48、) 6v由上表數(shù)據(jù)可以看出隨著舵機輸入電壓的提高，舵機的速度和轉(zhuǎn)矩也隨著增大。因此設(shè)計舵機的輸入電壓為6v。然而tps7350的輸出電壓為+5v，為了實現(xiàn)+6v 輸出，需要在圖4.4的基礎(chǔ)上增加2個二極管，提高對地參考電位，即可滿足穩(wěn)定+6v 輸出的要求，體現(xiàn)了使用tps7350進行電路設(shè)計的簡潔性。舵機電源供電電路如圖4.5。圖4.5 舵機供電電路4.3 電機驅(qū)動模塊直流電機脈寬調(diào)速通過改變控制電壓的脈沖寬度來改變加在直流電機上的平均電樞電壓的大小，從而改變直流電機的轉(zhuǎn)速。圖 4.6所示為可逆的pwm變換器主電路的型結(jié)構(gòu)形式。in1輸入的pwm占空比控制電機的轉(zhuǎn)速，in2輸入高低電平控制電機

49、的正反轉(zhuǎn)。圖4.6 h橋電路原理圖圖中，4個mosfet管的基極驅(qū)動電壓分為兩組，其中q1h和q4l為一組，q2h和q3l為一組。當(dāng)in2接收低電平信號時，q2h常開；而q4l截止。q3l接收到in1輸入的pwm信號時，脈沖波的高電平導(dǎo)通，q1h則相反，高電平時截止。這時，電機兩端得到電壓而旋轉(zhuǎn)，而且占空比越大，轉(zhuǎn)速越高。電機反轉(zhuǎn)時道理相同。電機型號為rs-380，工作電壓為7.2v，空載電流為0.5a轉(zhuǎn)速16200r/min。 圖4.7 電機特性曲線由上圖可以看出，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩較大時所需電流也較大，所需功率較大。因而采用td340芯片和四片n溝道m(xù)osfet管構(gòu)成的h橋直流電機方案。此電路具有

50、元件需求少、所占空間小，裝配成本低等優(yōu)點。實踐證明，此電路可靠性高、控制方便、效率高、驅(qū)動電流大，具有較高的實用價值。td340驅(qū)動器芯片是st微電子公司推出的一種用于直流電機的控制器件，可用于驅(qū)動n溝道m(xù)osfet管。圖4.8為td340外形和引腳圖。圖4.8 td340引腳封裝各引腳具體說明如下表： 表4.3 td340各引腳功能l1、l2：低邊門極驅(qū)動vout：用于微處理器的5v電壓h1、h2：高邊門極驅(qū)動cf：設(shè)置pwm頻率的外部電容接入端stby：待機模式in1：模擬或數(shù)字信號輸入wd：看門狗信號輸入in2：電機旋轉(zhuǎn)方向控制端cwd：設(shè)置看門狗電容端vbatt、gnd：電源正端和地端

51、由td340構(gòu)成的電機驅(qū)動電路如圖4.9。圖4.9 電機驅(qū)動電路td340內(nèi)集成有可驅(qū)動溝道高邊功率mos管的電荷泵和內(nèi)部發(fā)生器，可進行速度和方向控制而且功耗很低，同時具有過壓（20v）、欠壓（6.2v）保護功能，以及反向電源有源保護功能。td340內(nèi)含可調(diào)的頻率開關(guān)（025khz）及待機模式，且集成有看門狗和復(fù)位電路。除此之外，td340芯片還具有橋直流電機部分和微控制器之間的必要接口。直流電機的速度和方向可由外界輸入給td340的信號來控制。其中速度由pwm來控制，當(dāng)然也可以接受外部的信號。當(dāng)td340的cf端通過電容接地時，05v的模擬輸入即可產(chǎn)生pwm輸出。實際上，當(dāng)cf端直接接地時，

52、輸入td340的數(shù)字信號就可直接產(chǎn)生pwm信號。上圖中的mosfet管采用irf3205。irf3205的優(yōu)點是開關(guān)速度快，通路電阻低和電壓門信號低，適合于大電流和低電壓運行。當(dāng)加上一個足夠的門信號電壓時，功率mosfet的通路電阻小于常規(guī)二極管而在沒有門信號電壓的情況下，它具有常規(guī)二極管的反向特性。每個mosfet并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，使得任何一個通路導(dǎo)通時直流電機兩端電壓恒定。4.4 速度檢測模塊測速原理：速度傳感模塊采用光電傳感器加法蘭盤的方式實現(xiàn)。把具有20個齒的法蘭盤安裝在小車后輪軸，隨電機驅(qū)動后軸轉(zhuǎn)動使法蘭盤隨之等速度轉(zhuǎn)動。利用紅外透射式傳感器檢測到的通斷脈沖個數(shù)就能測量出小車后輪轉(zhuǎn)速，

53、再結(jié)合已知輪胎直徑（5cm）就能計算出小車的行駛速度，達到測速的目的。小車后輪旋轉(zhuǎn)帶動光碼盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外光遇到法蘭盤的齒的時候，紅外光被遮擋，至紅外接收管接收不到發(fā)射管發(fā)射的紅外光，光電開關(guān)處于斷開狀態(tài)；而當(dāng)紅外光遇到間隙的時候，接收管便可接受到紅外光線，紅外接收管處于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，紅外接收管輸出間隔的高低電平。將此信號再通過cd40106進行整形，送入單片機中，便可實現(xiàn)對車速的檢測。速度檢測原理圖如圖4.10。圖4.10 速度檢測原理圖假設(shè)n為后軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/s）;n為一個采樣周期t內(nèi)ect模塊記錄的脈沖的個數(shù)；p為法蘭盤的齒數(shù)；t為采樣周期(單位為s)。則：n=t

54、*n*p因此小車后輪的轉(zhuǎn)速為：n=n/(p*t)那么，小車的瞬時速度為：v=3.14*n*d這樣，就完成了對小車速度的測量。4.5 路徑識別模塊本系統(tǒng)采用12個hir383設(shè)計的單排一字型排列方式。在設(shè)計檢測電路pcb板的時候，考慮到小車重心應(yīng)盡量靠近小車后軸，這樣不但可以防止小車前傾、穩(wěn)定性下降、轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)的狀況，同時，也可以提高小車的動力性能。所以將檢測電路的pcb板盡量簡化，并設(shè)計接口電路，使得檢測電路與小車的控制電路連接簡單，準(zhǔn)確。采集板原理圖如圖4.11。圖4.11 采集板原理圖考慮到紅外傳感器的檢測范圍，應(yīng)注意安裝的相對地面高度、探出距離與角度。安裝紅外傳感器的過程中，做了反復(fù)的測試。從檢測結(jié)果來看，將傳感器安裝在距為最佳位置，在此位置，紅外接收管可接受到良好的紅外光。光電檢測電路板的支架采用具有一定硬度的鋁合金制作，安裝牢固可靠，使在小車發(fā)