河海大學(xué)常州校區(qū)電磁隊(duì)技術(shù)報(bào)告

1、關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說(shuō)明本人完全了解第八屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽關(guān)保留、著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組使用技術(shù)報(bào)告和研究的規(guī)定，即：參賽委會(huì)和飛思半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開(kāi)參賽的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車(chē)的、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)集中。參賽隊(duì)員簽名：孫志金、帶隊(duì)教師簽名：黃國(guó)銘金日期：2013-8-3摘要了河海大學(xué)常州校區(qū)電磁組 EC 電磁隊(duì)的隊(duì)員在準(zhǔn)備第八屆“飛思本文”杯大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽過(guò)的工作成果。智能車(chē)的硬件平臺(tái)是采用 帶MC 9S12XS128 處理器的 S12 環(huán)境，軟件平臺(tái)為 C odeWarrior IDE 5. 0 開(kāi)發(fā) 環(huán)境 ，車(chē)模采

2、用大賽統(tǒng)一提供的 1 ： 10 的車(chē)模。本智能車(chē)依據(jù)交流信號(hào)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)（電磁感應(yīng)）的原理，采用 LC 諧振回路感應(yīng)電磁信號(hào)尋跡方案，同時(shí)配合編碼器、電機(jī)、舵機(jī)、電池以及相關(guān) 驅(qū)動(dòng)電路來(lái)進(jìn)行信息的處理，以達(dá)到路徑識(shí)別的目的，并通過(guò) PID 方式對(duì)電機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)，最終以閉合回路的形式行駛。模型車(chē)高速穩(wěn)定地在跑道上在文中詳細(xì)了 EC電磁隊(duì)的設(shè)計(jì)方案，其中包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的安裝與調(diào)整、 硬件電路的設(shè)計(jì)與制作、信號(hào)采樣策略、舵機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度的閉環(huán)， 以及與此次競(jìng)賽相關(guān)的各類調(diào)試方法的思路和用到的相關(guān)調(diào)試工具。：電磁感應(yīng)PID路徑識(shí)別閉環(huán)目錄引言1第一章1.1 比賽背景. . 11.2 技術(shù)報(bào)告結(jié)構(gòu)

3、2第二章 智能汽車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1 總體設(shè)計(jì)思路52.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)52.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)6第三章 智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造83.1 模型車(chē)車(chē)體安裝及調(diào)整103.1.13.1.23.1.3前輪的調(diào)整.111213重心的調(diào)整 .后輪差速的調(diào)整 .3.1.4 齒輪傳構(gòu)的調(diào)整153.2 舵機(jī)的安裝183.3 電路板的安裝193.4 測(cè)速傳感器的安裝20第四章 智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)214.14.24.34.4電源模塊22傳感器模塊23單片機(jī)模塊25驅(qū)動(dòng)模塊27第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)285.1系統(tǒng)初始化29AD 初始化30PW M 模塊初始化30速度傳感器的初始化. .315.1.5 串

4、口初始化315.1.6鎖設(shè)置. 325.25.3磁場(chǎng)信號(hào)的提取與處理32PID算法及智能車(chē)中的應(yīng)用335.3.1 PID5.3.2 轉(zhuǎn)向5.3.3 速度算法簡(jiǎn)介33的 PD 調(diào)節(jié)34策略345.4起跑線檢測(cè)34第六章 智能汽車(chē)系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試35軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) Cod ewarrior IDE35Code warr ior IDE 功能.35Code warr ior IDE 基本使用方法356.2 上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)366.2.1 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示366.2.2 數(shù)據(jù)的分組處理37第七章 總結(jié)387.1 在調(diào)試過(guò)遇到的問(wèn)題及解決方案387.2 體會(huì)38參考文獻(xiàn)39第一章 引言1.1 比賽背景“飛思

5、”杯大學(xué)生智能車(chē)設(shè)計(jì)大賽在國(guó)內(nèi)已是第八次舉辦，其是由飛思半導(dǎo)體公司資助舉辦的以飛思單片機(jī)為的大學(xué)生課外科技競(jìng)、電氣、計(jì)算賽。其專業(yè)知識(shí)涉及到了、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科，對(duì)學(xué)生的知識(shí)融合和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，對(duì)高等學(xué)校及學(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的長(zhǎng)期的推動(dòng)作用。對(duì)國(guó)內(nèi)大學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，團(tuán)隊(duì)精神意識(shí)的培養(yǎng)都具有的意義。開(kāi)展智能車(chē)技術(shù)的研究，對(duì)汽車(chē)工程的發(fā)展、交通安全的保障，以及公路交通的有效的與管理都具有十分重要的意義。如果在遇到時(shí)及時(shí)使汽車(chē)或剎車(chē)，則能夠有效地避免交通事故的發(fā)生。此外，由于智能車(chē)輛帶有路況信息系統(tǒng)，可以由交通中心實(shí)時(shí)提供前方的路況信息，就可以提前路徑，有效

6、的城市交通擁擠的狀況。此外，智能車(chē)在航天和軍事方面都有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎诨鸶舻厍蚝苓h(yuǎn)，遠(yuǎn)距離無(wú)線的科研任務(wù)，就必須有實(shí)時(shí)性駕駛不好，為了使火星車(chē)在有限的內(nèi)完成能力。在軍事上，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境多變，無(wú)人駕駛汽車(chē)能夠完成諸如后勤補(bǔ)給等任務(wù)，還可以改裝為無(wú)人戰(zhàn)車(chē)，減少很大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。在本次比賽中，參賽者要在傷亡。顯然，智能車(chē)的研究開(kāi)發(fā)有著提供的模型車(chē)體及主控微器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作具有道路識(shí)別能力的智能汽車(chē)。模、單片機(jī) HC S12 開(kāi)發(fā)板、開(kāi)發(fā)軟件 C odeWarrior 和提供統(tǒng)一智能車(chē)競(jìng)調(diào)試工具等；參賽隊(duì)車(chē)模平臺(tái)基礎(chǔ)上，制作一個(gè)能夠識(shí)別路線的智能車(chē)，在專門(mén)設(shè)計(jì)的跑道上自動(dòng)識(shí)別道路行駛

7、。根據(jù)單圈最短時(shí)間進(jìn)行評(píng)獎(jiǎng)。本技術(shù)報(bào)告就是我們隊(duì)為參加此次比賽而撰寫(xiě)的智能車(chē)設(shè)計(jì)方案， 本方案詳細(xì)了我們車(chē)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝與調(diào)整方法、硬件電路設(shè)計(jì)與制作方法、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具及調(diào)試1.2 技術(shù)報(bào)告結(jié)構(gòu)等。1第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告本文以第七屆大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽為背景，為了保證智能汽車(chē)能夠具有迅捷的速度、遠(yuǎn)而清晰的前瞻以及較高的靈敏度與穩(wěn)定性，從軟硬件方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。本文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章，引言。第二章，智能汽車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。第三章，智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造。第四章，智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)。第五章，智能汽車(chē)系統(tǒng)算法與軟件設(shè)計(jì)。第六章，智能汽車(chē)系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)

8、試。第七章，總結(jié)。2第二章 智能汽車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)思路本比賽過(guò)程是速度與穩(wěn)定性權(quán)衡的過(guò)程，在保證沖不出跑道的情況下追求速度最快，用時(shí)最短。因此，獲取有效、可靠的賽道信息以及實(shí)施合理的策略是保證比賽取得好成績(jī)的先決條件。本屆比賽電磁組，就是將原來(lái)以黑線為引導(dǎo)線改為以一根通有 100mA 左右、20K 的交流信號(hào)線為引導(dǎo)線，這樣就需要尋找不同的傳感來(lái)感測(cè)信 號(hào)。依據(jù)電磁感應(yīng)的原理我們用 LC 諧振回路為傳感器來(lái)信號(hào)，這樣到 的信號(hào)是 20K 的交流信號(hào)，但是信號(hào)強(qiáng)度很小，最后用對(duì)到的信號(hào)進(jìn) 行放大，最終將此信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。電磁感應(yīng)傳感器與光電和 攝像頭組的傳感器相比較，消耗的

9、功率小了，但是其前瞻受到了明顯的限制。在策略方面，主要包括轉(zhuǎn)向和速度。對(duì)于舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，我 們采取經(jīng)典的位置式 PD算法，通過(guò)傳感器檢測(cè)到的直道或彎道信號(hào)給不同 的PD 參數(shù)，以達(dá)到不同的效果。對(duì)于電機(jī)的速度入反轉(zhuǎn)制動(dòng)剎車(chē)電路，使得小車(chē)在直道可以盡快過(guò)彎的速度，使得小車(chē)可以快速行駛。策略，采用 PID 調(diào)節(jié)的同并能保證在過(guò)彎速減到對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)比賽情況的需要，對(duì)小車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理安裝和調(diào)整，比如說(shuō)重心的前后高低、兩只前輪的傾角、編碼器的安裝、舵機(jī) 的安裝、懸掛的松緊，主板的放置等，以保證小車(chē)穩(wěn)定、快速的行駛。各個(gè)方面的之間的如下圖所示：3電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)編碼器測(cè)速反饋MC9S12XS12

10、8內(nèi)部AD舵機(jī)電磁傳感器車(chē)模位置變化第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 2.1 智能車(chē)總體結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)此智能車(chē)采用諧振回路來(lái)跟蹤前方的賽道，通過(guò)諧振回路將檢測(cè)到了信號(hào)進(jìn)行放大， 送給外部 A/D 進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后送給 MC 9S12XS128 進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，然后將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)送給舵機(jī)和電機(jī)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的。其中所用的硬件結(jié)構(gòu)包括：電源模塊、MC 9S12XS128 系統(tǒng)、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線模塊。1 電源模塊是將電池電壓通過(guò)穩(wěn)壓進(jìn)行處理后，提供穩(wěn)定的電壓輸出，供給各個(gè)系統(tǒng)各模塊，為其提供可靠供電。2MC 9S12XS128 系統(tǒng)是整個(gè)硬件的部分， 主要是給 M

11、C 9S12XS128 單片機(jī)提供可工作的最，使其正常的工作。3傳感器模塊包括前面的電磁感應(yīng)模塊、速度傳感器模塊以及起跑線檢測(cè)模塊。電磁感應(yīng)模塊的作用是檢測(cè)前方的信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后送給單片機(jī)，單片機(jī)隨后根據(jù)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果送給電機(jī)對(duì)其，4第二章 智能汽車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)再由速度傳感器編碼器對(duì)實(shí)際值進(jìn)行檢測(cè)，將反饋信號(hào)送給單片機(jī)，最終形成閉環(huán)系統(tǒng)。4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是根據(jù)器輸出的 PWM 信號(hào)進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。5 無(wú)線模塊是將傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)，從而提高調(diào)試效率。2.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)到上位機(jī)，便于上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析，參系統(tǒng)硬件是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)則根據(jù)硬件和需求來(lái)制定

12、。系統(tǒng)的基本軟件流程為：首先，對(duì)各功能模塊和參數(shù)進(jìn)行初始化。然后，通過(guò)電磁傳感器到的數(shù)據(jù)獲取前方賽道的情況，同時(shí)通過(guò)速度傳感器模塊獲取速度的速度。采用PD 對(duì)舵機(jī)進(jìn)行反饋。另外根據(jù)檢測(cè)到的速度，結(jié)合策略，對(duì)速度不斷進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使在符合比賽規(guī)則的前提下，沿賽道快速行駛。圖 2.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)5第三章 智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造在對(duì)智能車(chē)幾來(lái)的研究，我們發(fā)現(xiàn)在規(guī)則范圍內(nèi)，適當(dāng)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)可以帶來(lái)事半功倍的效果。其中包括很多方面，比如前輪傾角的選擇、舵機(jī)的安裝、懸掛的松緊、重心的高低3.1 模型車(chē)車(chē)體安裝及調(diào)整。該車(chē)模是本屆比賽的168cm。A，與往屆比賽的車(chē)模一樣，長(zhǎng)寬高為27圖 3.1 智

13、能車(chē)車(chē)模根據(jù)長(zhǎng)期的調(diào)試，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于前輪傾角、懸掛、后輪的差速做調(diào)整會(huì)使車(chē)行駛時(shí)有更好的效果。前輪的調(diào)整6第三章 智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造對(duì)于汽車(chē)的行駛向前和轉(zhuǎn)彎，所以如果對(duì)車(chē)輪有一個(gè)合適的四個(gè)輪胎與地之間的摩擦力所驅(qū)使的，則可以使汽車(chē)直線行駛時(shí)更加穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向更加輕便，并且可以減少輪胎和轉(zhuǎn)向系零件的磨損等。根據(jù)汽車(chē)?yán)碚?，?duì)前輪的調(diào)整主要包括主銷(xiāo)后傾，主銷(xiāo)內(nèi)傾，前輪外傾，前輪前1個(gè)方面。主銷(xiāo)后傾圖 3.2 主銷(xiāo)后傾圖主銷(xiāo)后傾角指主稍軸線與地面垂直線在汽車(chē)縱向平面內(nèi)的夾角。 有主銷(xiāo)后傾角時(shí)汽車(chē)的車(chē)輪在車(chē)輪偏轉(zhuǎn)后，車(chē)輪和地面的作用會(huì)使車(chē)輪產(chǎn)生一回正力矩，糾正車(chē)輪的偏轉(zhuǎn)。2主銷(xiāo)內(nèi)傾7第八屆大學(xué)生智能

14、汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3.3 主銷(xiāo)內(nèi)傾圖主銷(xiāo)內(nèi)傾角指主稍軸線與地面垂直線在汽車(chē)橫向斷面內(nèi)的夾角。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于主銷(xiāo)內(nèi)傾的作用，車(chē)輪有自動(dòng)回正的作用，同時(shí)轉(zhuǎn)向時(shí)，路面作用在轉(zhuǎn)向輪上的阻力矩也將變小，時(shí)轉(zhuǎn)向輕便。3前輪前束圖 3.4 前輪前前輪前束就是使兩前輪的中心面不平行，讓其前端距離小于后端距離。由于模型車(chē)在長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試過(guò)，其前輪便會(huì)變得很松，軸也會(huì)松動(dòng)，適當(dāng)?shù)那靶≤?chē)的過(guò)彎性能有一定的幫助。重心的調(diào)整8第三章 智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造對(duì)于車(chē)的重心來(lái)說(shuō)，重心越低，后輪的抓地力也就越好，前輪也會(huì)轉(zhuǎn)越敏感。因此，我們?cè)诒M量減少重量的同時(shí)將電路板做得非常小，剛好能放在舵機(jī)和電池

15、架中間的底板上，這樣，不但可以壓低模型車(chē)的重心，防止高速過(guò)彎時(shí)翻車(chē)， 也可以使縱向重心前移，增加轉(zhuǎn)彎性能。在裝旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)也把其裝的很低，以降低的重心，提高行駛的穩(wěn)定性。除了對(duì)車(chē)的重心進(jìn)行縱向調(diào)整之外，對(duì)車(chē)輛重心進(jìn)行前后方向調(diào)整，對(duì)行駛性能也有很大的影響。從車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論來(lái)看，車(chē)身重心前移，會(huì)增加轉(zhuǎn)向，但會(huì)是舵機(jī)的負(fù)載加大，大部分的重量壓在前輪，從而降低轉(zhuǎn)向的靈敏度， 同時(shí)降低后輪的抓地力；如果重心后移，就會(huì)減少轉(zhuǎn)向，但增大轉(zhuǎn)向靈敏度，后輪的抓地力也會(huì)增加。因此，調(diào)整合適的車(chē)身重心，讓車(chē)模更加適應(yīng)比賽賽道是非常關(guān)鍵的。為了保證足夠的轉(zhuǎn)向和防止在高速入彎時(shí)出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，我們讓重心大概在的中心，在

16、過(guò)彎時(shí)，使其前后輪的側(cè)向摩擦力大體相當(dāng)，從而提高過(guò)彎性能和穩(wěn)定性。3.1.3 后輪差速的調(diào)整在拐彎時(shí)由于彎道內(nèi)側(cè)輪比外側(cè)輪的拐彎半徑小，則內(nèi)側(cè)輪比外側(cè)輪的速度小，這就使兩輪胎有一定的速度差，稱為差速。而軸上的，所以只可以調(diào)整后輪的差速。的差速機(jī)構(gòu)安裝在后輪差速的作用是在車(chē)模轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，降低后輪與地面之間的滑動(dòng)；并且還可以保證在輪胎抱死的情況下?lián)p害到電機(jī)，其特性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越高。以此次使用的后輪差速器為例，在過(guò)彎時(shí)，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。如果差速過(guò)緊，即兩輪胎的速度很接近時(shí)，

17、轉(zhuǎn)彎的時(shí)候內(nèi)側(cè)輪很容易打滑，從而產(chǎn)生側(cè)滑，使滑出賽道。當(dāng)差速過(guò)，會(huì)使直道的時(shí)候兩輪打滑，大大的減小了的驅(qū)動(dòng)能力。所以差速調(diào)整要適當(dāng)，才會(huì)使直道驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，彎道轉(zhuǎn)彎靈巧。3.1.4 齒輪傳構(gòu)的調(diào)整齒輪傳構(gòu)的調(diào)整就是調(diào)整電機(jī)輸出軸的齒輪與后輪軸上齒輪之間的耦合程度。當(dāng)耦合比較由于兩齒輪之間較大的縫隙，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的兩齒輪之間的碰撞聲音，這樣會(huì)大大增加齒輪的磨損。當(dāng)耦合的比較緊時(shí)齒輪之間的摩擦力變大，這樣就會(huì)使電機(jī)分出一部分驅(qū)動(dòng)力克服齒輪之間的9第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告摩擦力做功，電機(jī)的負(fù)載無(wú)形中就增強(qiáng)，從而減小了電機(jī)對(duì)后輪的驅(qū)動(dòng)能力。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)聲音辨別的方法來(lái)

18、調(diào)整齒輪的耦合程度是很有效的方法。當(dāng)齒輪耦合較松或兩齒輪之間不平行時(shí)很響，也就是齒輪之間撞擊是基本上沒(méi)有撞擊很大，當(dāng)齒輪耦合比較緊時(shí)聲音很沉悶并且遲滯，最佳狀態(tài)，聲音清脆并且沒(méi)有遲滯現(xiàn)象。3.2 舵機(jī)的安裝根據(jù)車(chē)模說(shuō)明書(shū)組裝完成后，不難發(fā)現(xiàn)舵機(jī)的左右輸出軸長(zhǎng)不相等，在舵機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度時(shí)，左右輪轉(zhuǎn)的角度必將不同。這樣，在小車(chē)行駛過(guò)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)將不一樣，從而增加了軟件的復(fù)雜性。所以舵機(jī)豎直立起來(lái)裝在車(chē)模的兩前輪的正中間，使左右輸出力臂一樣長(zhǎng)，使其左右轉(zhuǎn)向一樣。圖 3.5 舵機(jī)安裝圖3.3 電路板的安裝電路板是模型車(chē)上的部分，在安裝時(shí)，考慮到電路板的穩(wěn)定性和模型車(chē)的問(wèn)題，我們把電路板做的比較小且成梭

19、形，安裝在舵機(jī)和電池支架中間的底板上。10第三章智能汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整與改造圖 3.6 主板安裝圖3.4 測(cè)速傳感器的安裝為了不影響性能，編碼器的傳動(dòng)齒輪選擇相對(duì)較小，齒輪之間呈水平狀態(tài)。這樣安裝齒輪咬合很好，即避免由于齒輪咬合太緊以致加重負(fù)載，同時(shí)也避免了因過(guò)松而出現(xiàn)的在轉(zhuǎn)動(dòng)中齒輪撞擊的現(xiàn)象，并減少電機(jī)的摩擦損耗和噪音。安裝完成后，要保證兩傳動(dòng)齒輪與測(cè)速齒輪嚙合良好，流轉(zhuǎn)順暢，齒輪嚙合是否調(diào)整好的一個(gè)依據(jù)是：聽(tīng)一下電機(jī)帶動(dòng)后輪空轉(zhuǎn)時(shí)，聲音刺耳響亮，說(shuō)明齒輪間的配合間隙過(guò)大，傳動(dòng)中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說(shuō)明齒輪間的配合間隙過(guò)小，或者齒輪軸向不平行，電機(jī)負(fù)載加大。調(diào)整好的齒輪傳動(dòng)噪音小，

20、并且有碰撞類的雜音。11第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3.7光電編碼盤(pán)安裝圖12第四章 智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)電磁組智能車(chē)的硬件系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)模塊組成：傳感器模塊、單片機(jī)模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，以及調(diào)試時(shí)使用的無(wú)線收發(fā)模塊。為了減小重量， 單片機(jī)模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和無(wú)線收發(fā)模塊都做在一塊板子上，并將主板放在舵機(jī)和電池的中間。下面將各個(gè)模塊詳細(xì)4.1 電源模塊。電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電力供應(yīng)，其工作的穩(wěn)定性直接關(guān)系著小車(chē)其他電路模塊的正常工作，重要性不言而喻。在設(shè)計(jì)電源模塊時(shí)，首先應(yīng)綜合考慮各模塊電路對(duì)電源功率的需求，然后根 據(jù)需求選擇相應(yīng)的穩(wěn)壓。在該小車(chē)的電源模塊設(shè)，在考慮各

21、模塊 對(duì)電源的功率需求之后，我們選擇一片 TL1963A 為舵機(jī)供電，一片 LM2940 為單片機(jī)及編碼器供電，同時(shí)，由于是第一次設(shè)置電磁組參賽類別，考慮到傳 感器數(shù)量的可擴(kuò)充性，我們選擇一片電。具體原理 圖如下。LM2940為傳感器模塊供電， 一片l m11173. 3為液晶供13第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告2舵機(jī)電源圖 4.1 原理圖14G N D3G N D642425 VdU53.3V32液晶電源I NO U T 14G N DO U T REG1117G N D 7.2VU 3V C C 舵- 機(jī) 6 V 24I NO U T DR311SHDNDC31DC321 0 k 1

22、0 u F DC335DC34A D J 1 0 u F DR322.5kTL1963G N D 7.2VU 25 V - 傳 感 器13I NO U T G N D 2 2 0 u F 0.1UF0.1UF2 2 0 u F LM2940貼 片C21C23C22C24傳感器供電7.2VU 15 V 13I NO U T 單片機(jī)電源G N DC14C131 0 41 0 4 C11C12LM2940貼 片G N D 坦 電 容 （ 100uF,16V）17.2V31電源電機(jī)接口S 11 0 4 2T 1MOTORCM1CM2G N D 214.2 傳感器模塊電磁組的賽道信息是由 20k Hz

23、、100mA 的交流電源流經(jīng)導(dǎo)線產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)， 如何將磁場(chǎng)信息檢測(cè)出來(lái)是傳感器設(shè)計(jì)的第一步。人類對(duì)磁場(chǎng)的研究有的極其漫長(zhǎng)的歷史，物質(zhì)與磁場(chǎng)之間也有著許多不同的物理效應(yīng)：磁電效應(yīng)（電磁感應(yīng)、效應(yīng)、磁致電阻效應(yīng)）、磁機(jī)械效應(yīng)、磁光效應(yīng)、核磁共振、超導(dǎo)體與電子自旋量子力學(xué)效應(yīng)。根據(jù)不同的物理效應(yīng)，15第四章 智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出不同磁場(chǎng)精度和范圍的傳感器。我們需要選擇適合車(chē)模競(jìng)賽的路徑檢測(cè)方法，必須綜合考慮傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)精度、格、功耗以及實(shí)現(xiàn)的難易程度等。大小、頻率響應(yīng)、價(jià)在具體的設(shè)，我們選擇了最傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)線圈方案，這種方案的原理簡(jiǎn)單，電路較易實(shí)現(xiàn)，并且設(shè)計(jì)出來(lái)的傳感器體積小、價(jià)格

24、便宜、功耗低，可以滿足小車(chē)競(jìng)賽循跡的要求。比賽選擇 20k Hz 的交變磁場(chǎng)作為路徑的導(dǎo)航信號(hào)，在頻譜上可以有效避開(kāi)周?chē)渌艌?chǎng)的干擾。可以利用 LC 并聯(lián)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻電路， 對(duì)感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行有 效的放大。市場(chǎng)上比較方便的是10mH 的電感，根據(jù) LC 并聯(lián)諧振公式：可以計(jì)算出選頻所需的電容，市場(chǎng)上與該最為接近的是6. 8nf ，因此，在實(shí)際的電路中，我們選擇 10mH的電感與6.8nf的電容并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的選頻。選頻之后，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的放大。在競(jìng)賽處提供的電磁組競(jìng)賽車(chē)模路徑檢測(cè)設(shè)計(jì)參考方案中，提到了用三極管對(duì)選頻之后的信號(hào)進(jìn)行放大，而我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)選擇了用放大，基于以下幾點(diǎn)理由：在 用

25、級(jí)的電子領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)比較成階段，普通的民在性能上已經(jīng)能滿足大部分的設(shè)計(jì)需求。較三極管而言，工作更加穩(wěn)定，工作狀態(tài)不易受外界環(huán)境的影響。只需搭配簡(jiǎn)單的電路就能使用，而三極管需配置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)才能正常工作，并且靜態(tài)工作點(diǎn)容易受到外界因素的影響，使得各傳感器的放大倍數(shù)難以知道的差異。因此，在查閱了一些的參數(shù)之后，我們選擇了LM386對(duì)選頻信號(hào)行放大，從示波器中， 我們看出放大之后的信號(hào)較為可觀。16第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 4.2模塊原理圖4.3 單片機(jī)模塊以 MC 9S12XS128 為的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：電路、復(fù)位電路、串口電路。各個(gè)部分的功

26、能如下：電路給單片機(jī)提供一個(gè)外接的16MHz的無(wú)源晶振。復(fù)位電路在電壓達(dá)到正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。串口電路使 S12 與 PC 機(jī)之間建立連接。采用的是標(biāo) 準(zhǔn)的 MC 9S12 系列單片 機(jī)的電路， 通過(guò)把一 個(gè)16MHz 的外部晶振接在單片機(jī)的外部晶振輸入接口 E XTA L 和 XTA L 上，然后利用 MC 9S12XS128 內(nèi)部的壓控振蕩器和鎖（P LL）把這個(gè)頻率提高， 作為單片機(jī)工作的內(nèi)部總線。原理圖如下：17第四章智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)圖 4.3 外部晶振圖直接采用一個(gè) 0.1uF 的電容提供低電平復(fù)位信號(hào)，手動(dòng)復(fù)位按鈕在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)的作用很大。原理圖如下：圖 4.4 復(fù)位電

27、路原理圖串口電路使 S12 單片機(jī)與 PC 機(jī)之間能夠通信，在調(diào)試的過(guò)極大的作用。發(fā)揮著18第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告S12最原理圖如下：圖 4.5S12 最原理圖19第四章 智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)4.4 驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電路采用兩片半橋元件轉(zhuǎn)。原理圖如下：BTS7970B搭成電路，可以電機(jī)的正反圖 4.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖20第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)在智能車(chē)的整個(gè)系統(tǒng)中，硬件是基礎(chǔ)，沒(méi)有一個(gè)好的硬件平臺(tái)，軟件也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而軟件對(duì)于整個(gè)智能車(chē)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于，只有有了軟件，智能車(chē)才能真正的達(dá)到智能的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，首先是要對(duì)智能車(chē)的各個(gè)寄存器進(jìn)行初始化，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上添加一些函數(shù)和

28、單片機(jī) 的算法。本屆電磁組智能車(chē)所用的制算法進(jìn)行詳細(xì)的5.1 系統(tǒng)初始化是 MC9S12 XS128 ，下面就對(duì)單片機(jī)的初始化話和各個(gè) 控。由于我們的信號(hào)是正弦信號(hào)及模擬信號(hào)，而且用到外部 AD，因此初始化主要包括：AD 初始化、PWM 初始化、SPI 初始化、串口初始化、速度傳感器初始化、鎖設(shè)置以及端口初始化。AD 初始化20第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)其初始化過(guò)程為：void InitAD(void)ATD0CTL2 = 0XC0;/ 1100 0000啟動(dòng)A/D， 快速清除標(biāo)志位無(wú)等待模式， 外部觸發(fā)（bit2=0），中斷（bit1=0）ATD0CTL3 = 0X40;/ 0 010

29、00 00 左對(duì)齊 轉(zhuǎn)換序列為 8 、 FIFO模式啟動(dòng)，凍結(jié)模式下繼續(xù)轉(zhuǎn)換ATD0CTL4 = 0X01;/ 1 11 00001 8位精度， 16AD采樣時(shí)間/ 總線（1+1）*2 = 4 分頻，AD= 1MHzATD0CTL5 = 0X30;/多通道，連續(xù) AD0,珹D1,AD2,AD3ATD0DIEN = 0X00;/ 數(shù)字輸入 disabledPW M 初始化PWM 調(diào)制波有 8 個(gè)輸出通道，每個(gè)輸出通道都可以的輸出，每個(gè)通道都有一個(gè)精確的計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)，還有兩個(gè)可供選擇的源。其初始化的一般步驟是：PWM、選擇、選擇極性、選擇對(duì)其模式、對(duì)占空比和周期進(jìn)行編程、使能PWM 通道

30、。21圖 5.2 S12 中 PW M 通路中需要PW M 通道來(lái)分別舵機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)。 舵機(jī)，這樣可以是舵機(jī)的精度的 PW M 是將 0 和 1 路的 PW M 合并后進(jìn)行從 1/255 提高到 1/65535 其初始設(shè)置如下：22第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告void PWM_Init(void)PWME_PWME3=0x00; / Disable PWMPWMPRCLK=0x00;/ 0011 0011 A=B=48M預(yù)分頻寄存器設(shè)置設(shè)置設(shè)置源的選擇極性設(shè)置PWMSCLA=1;PWMSCLB=1;/ SA=A/2/150=10k/ SB=B/2/15 =100kPWMCLK_P

31、CLK3=0; / PWM3SBPWMPOL_PPOL3=1; / Duty=High TimePWMCAE_CAE3=0;PWMCTL=0x00;PWMPER3=192;/ Left-aligned對(duì)齊方式設(shè)置寄存器設(shè)置/ no concatenation/ Frequency=SB/100=1K周期寄存器設(shè)置PWMDTY3=96;PWME_PWME3=1;/ Duty cycle = 50%/ Enable PWM占空比寄存器設(shè)置使能5.1.3 速度傳感器的初始化對(duì)每個(gè)周期內(nèi)速度傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)進(jìn)行累加，就可以測(cè)得這個(gè)周期內(nèi)汽車(chē)行駛的平均速度。考慮到目前速度傳感器的精度較高，采用了 16

32、 位的脈沖累加器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。5.1.4 串口初始化SCI串行通口是一種通用異步通口 UART，與 MCS-51 的異步通信功能基本相同，為異步的串行通行。S12 有兩個(gè)串行通均為 TTL 電平輸出用時(shí)可以對(duì)波特率、數(shù)據(jù)格式、口SCI1 和 SCI0，輸出極性、接收喚醒方式等進(jìn)行選擇。另外和接受也可使能。其初始化的過(guò)程如下：void SciInit()SCI0BD=208; SCI0CR1=0; SCI0CR2=0X2C;/9600bps Baud Rate=BusClock/(16*SCIBD)/正常8位模式，無(wú)奇偶校驗(yàn)/接受中斷23void SCI0_Send(unsigned char

33、data)while(!SCI0SR1_TDRE); SCI0DRH=0x00;SCI0DRL=data;24第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)鎖設(shè)置鎖路實(shí)際上是指自動(dòng)相位電路，是利用兩個(gè)電信號(hào)的相位誤差，通過(guò)環(huán)路自身的調(diào)節(jié)作用，實(shí)現(xiàn)頻率準(zhǔn)確的系統(tǒng)。圖 5.3 鎖系統(tǒng)圖S12 單片機(jī)中有四個(gè)不同的 外部晶振、鎖、總線和時(shí)內(nèi)核。該系統(tǒng)采用的是 16MHZ 的外部晶振，在默認(rèn)的設(shè)置下，鎖鐘為 32MHZ，總為 8MHZ，內(nèi)核為 16MHZ。鎖與外部晶振時(shí)鐘的關(guān)系是由寄存器 SYNR 和 REFDV 來(lái)決定的。通過(guò)寄存器的設(shè)置，可以使總線超頻到 40MHZ。當(dāng)POSTDIV!=0 時(shí),fbus=fpll

34、/2=fvco/(4*POSTD IV)=fosc*(SYND IV+1)/(2*POSTD IV*(REFDIV+1)當(dāng)POSTD IV=0 時(shí),fbus=fpll/2=fvco/2=fosc*( SYNDIV+1)/( REFDIV+1)具體設(shè)置過(guò)程如下：25第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告void SetBusCLK_32M(void)CLKSEL=0X00;/ disengage PLL to systemPLLCTL_PLLON=1;/ turn on PLLSYNR =0x40 | 0x03; /pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=64MHz; R

35、EFDV=0x80 | 0x01;POSTDIV=0x00;_asm(nop);_asm(nop); while(!(CRG/ BUS CLOCK=32M_LOCK=1);/when pll is steady ,then useit;CLKSEL_PLLSEL =1;/engage PLL to system;5.2 磁場(chǎng)信號(hào)的提取與處理在本屆新增的電磁組智能車(chē)中，所檢測(cè)的信號(hào)是電磁信號(hào)，為連續(xù)的模擬量，及在整個(gè)跑道的橫向范圍能都能檢測(cè)到信號(hào)的弱。這樣我們可以有兩種處理方法：，唯一的差異就是信號(hào)的強(qiáng)：設(shè)定一個(gè)閥值，將在導(dǎo)線定小的范圍內(nèi)的信號(hào)處理為檢測(cè)到導(dǎo)線，將其他的情況設(shè)定為沒(méi)有檢測(cè)到導(dǎo)線。

36、這樣的處理方法就是將電磁信號(hào)處理成和光電一樣的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。圖 5.4 信號(hào)處理效果圖26第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)：將整個(gè)跑道中檢測(cè)到的信號(hào)作為模擬量進(jìn)行處理，這樣檢測(cè)到的信號(hào)離導(dǎo)線越近強(qiáng)度越大，在跑道的邊緣則信號(hào)越弱。對(duì)于傳感器的我們采取的是第二種方法。第一排電感主要用來(lái)提前剎車(chē)和提前轉(zhuǎn)角， 第二排的傳感器主要工作是檢測(cè)當(dāng)前導(dǎo)線的位置。我們?cè)诘诙派戏帕?2 個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)信號(hào)，然后根據(jù)各自的位置和檢測(cè)到的信號(hào)對(duì)得到的值進(jìn)行平均，這樣就得到了當(dāng)前黑線的位置。這樣根據(jù)得到的值可以得出當(dāng)前黑線與 車(chē)身之間的夾角，然后將這一數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成 PWM 信號(hào)送給舵機(jī)。第三排，主要來(lái)保障小車(chē)

37、直線跑直和進(jìn)行丟線保護(hù)。5.3 PID算法及智能車(chē)中的應(yīng)用PID算法簡(jiǎn)介自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入領(lǐng)域以來(lái)，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不僅僅可以用軟件實(shí)現(xiàn) PID算法，而且可以利用計(jì)算機(jī)的邏輯功能，使 PID更加靈活。數(shù)字 PID在生產(chǎn)過(guò)是最普遍采用的算法，在機(jī)電、冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。將偏差的比例(P)、（I）和微分（D）通過(guò)線性組合量，對(duì)被對(duì)象進(jìn)行，故稱為 PID器。比例調(diào)節(jié)(P)的作用：對(duì)偏差瞬間做出作出反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生器立即產(chǎn)生作用，使量向著減少偏差的方向變化。作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù) ，比例系數(shù) 越大，作用越強(qiáng)，則過(guò)渡過(guò)程越快，過(guò)程的靜態(tài)偏差也就越?。?/p>

38、但是 越大，也越容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故而，比例系數(shù) 選擇必須恰當(dāng)，才能過(guò)渡時(shí)間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。調(diào)節(jié)（I）的作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，一旦停止，調(diào)節(jié)輸出異常值。作用的強(qiáng)弱取決于時(shí)間常數(shù)，越小，作用就越強(qiáng)。反之則作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)微分調(diào)節(jié)（D）的作用：偏差的變化。它是根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)（變化速度）進(jìn)行變大之前進(jìn)行。偏差變化的越快，微分器的輸出就越大，并能在偏差值。微分作用的引入，將有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，使系27第八屆大學(xué)生

39、智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告統(tǒng)趨于穩(wěn)定，特別對(duì)非常有利，它加快了系統(tǒng)的跟蹤速度。但微分的作用對(duì)輸入信號(hào)的噪聲很敏感，對(duì)那些噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。根據(jù) PID產(chǎn)生的偏差。器原理得知，PID器的主要作用是快速平穩(wěn)地消除系統(tǒng)圖 5.5 模擬 PID系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)向的 PD 調(diào)節(jié)對(duì)于舵機(jī)的轉(zhuǎn)向我們采取的是傳統(tǒng)的 PD 調(diào)節(jié)方法。根據(jù)前面?zhèn)鞲衅鞯玫降男盘?hào)進(jìn)行處理后，得出導(dǎo)線對(duì)于當(dāng)點(diǎn)小車(chē)的具置，然后通過(guò) PD 運(yùn)算給舵機(jī)一個(gè)值，使其得到一個(gè)相應(yīng)的位置夾角，同時(shí)前端傳感器再次檢測(cè)是否達(dá)到所要的結(jié)果，然后對(duì)舵機(jī)再做。這樣就形成一個(gè)閉環(huán)的算法，。在車(chē)模偏離導(dǎo)線較小時(shí)，舵機(jī)的

40、轉(zhuǎn)角變化率較小時(shí)，同時(shí)舵機(jī)轉(zhuǎn)角變化率較小時(shí)，所給的 P 和 D 參數(shù)較??；當(dāng)在車(chē)模偏離黑色引導(dǎo)線較大時(shí)，同時(shí)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角變化率也較大時(shí)，所給的 PD 參數(shù)也較大?？偟膩?lái)說(shuō)，就是用分段的 PD 調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)舵機(jī)進(jìn)行5.3.3 速度調(diào)節(jié)的。策略28第五章 智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)圖 5.6 小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)的 PID策略，我們使用的是一般的增量式的 PID 調(diào)節(jié)。對(duì)于參數(shù) Kp、Kd 以及 Ki 的整定有以下幾個(gè)方法：1、在偏差比較大時(shí)， 為使盡快消除偏差， 提高響應(yīng)速度， 同時(shí)為了避 免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)超調(diào)，Kp 取大值，Ki 取零；在偏差比較小時(shí)，為繼續(xù)減小偏差， 并防止超調(diào)過(guò)大、產(chǎn)生振蕩、

41、穩(wěn)定性變壞，Kp 值要減小， Ki 取小值；在偏差 很小時(shí)，為消除靜差，克服超調(diào)，使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定， Kp 值繼續(xù)減小， Ki 值不 變或取稍大。2、當(dāng)偏差與偏差變化率同號(hào)時(shí)，被控量是朝偏離既定值方向變化。因此，當(dāng)被控量接近定值時(shí)，反向的比例作用阻礙作用，避免超調(diào)及隨之而來(lái)的振蕩，有利于；而當(dāng)被控量遠(yuǎn)未接近各定值并向定值變化時(shí)，則由于這兩項(xiàng)反向，將會(huì)減慢過(guò)程。在偏差比較大時(shí)，偏差變化率與偏差異號(hào)時(shí)，Kp 值取零或負(fù)值，以加快的動(dòng)態(tài)過(guò)程。3、偏差變化率的大小表明偏差變化的速率，差值越大， Kp 取值越小， Ki取值越大，反之亦然。同時(shí)，要結(jié)合偏差大小來(lái)考慮。4、微分作用可蕩，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，系統(tǒng)的動(dòng)

42、態(tài)特性，偏差的變化，有助于減小超調(diào)量， 消除振加大 Kp，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高精度， 達(dá)到滿意； 在當(dāng)前值比較的效果。所以，在當(dāng)前值比較大時(shí)，Kd 取零，實(shí)際為 PI小時(shí)， Kd 取正值，實(shí)行 PID。電機(jī)的 PID 調(diào)節(jié)后的效果圖如下所示：29第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 5.7電機(jī) PID 調(diào)節(jié)效果圖5.4 起跑線檢測(cè)本屆智能車(chē)所新增的電磁組智能車(chē)競(jìng)賽的起跑線與光電和攝像頭組的競(jìng)賽都有所不同，它是以 6 塊磁鐵為起跑線的檢測(cè)：30第五章智能汽車(chē)算法與軟件設(shè)計(jì)圖 5.8 競(jìng)賽跑道起跑區(qū)示意圖由于是以磁鐵為起跑線，如果用檢測(cè)導(dǎo)線的傳感器去檢測(cè)起跑線是不現(xiàn)實(shí) 的，所以我們采用干簧管為

43、起跑線的檢測(cè)裝置。干簧管是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它通常由兩個(gè)或三個(gè)既導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料做成的觸點(diǎn)，被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的管里， 開(kāi)關(guān)的管或內(nèi)平行封裝的常閉接點(diǎn)。當(dāng)成磁場(chǎng)使端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以磁鐵靠近干簧管時(shí)，或者由繞在干簧管上面的線圈通電后形磁化時(shí)，的接點(diǎn)就會(huì)感應(yīng)出極性相反的磁極。由于磁極極性相反而相互吸引，當(dāng)吸引的磁力超過(guò)的抗力時(shí)，的接點(diǎn)便會(huì)吸合;當(dāng)磁力減小到一定值時(shí)，在了一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用?？沽Φ淖饔孟陆狱c(diǎn)又恢復(fù)到初始狀態(tài)。這樣便完成因此可以作為傳感器用，用于計(jì)數(shù)，限位等等。有一種自行車(chē)公里計(jì)，就是在輪胎上粘上磁鐵，在一旁固定上兩個(gè)的干簧管構(gòu)成的。裝在門(mén)上，可作為

44、開(kāi)門(mén)時(shí)的也會(huì)用到干簧管。、問(wèn)候等。在“斷線器”的制作中，31第八屆大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽技術(shù)報(bào)告圖 5.9 干簧管實(shí)物圖根據(jù)多次試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，如果用一排單簧管作為起跑線的檢測(cè)裝置在某些區(qū)域內(nèi)則會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，及檢測(cè)不到起跑線。所以為了是起跑線的檢測(cè)更加準(zhǔn)確，我們采用在一個(gè)位置上放置兩個(gè)相互垂直的干簧管作為檢測(cè)裝置，：圖 5.10 起跑線檢測(cè)模塊這樣在小車(chē)運(yùn)行的時(shí)候，無(wú)論車(chē)模處于什么位置都可以檢測(cè)到起跑線。30第六章 智能汽車(chē)系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)好之后，主要的工作是將其付諸于實(shí)踐，在真實(shí)的軟硬件平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試，不斷細(xì)化，找出最佳的方案。在整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)，使用的是 Metrowerks 公司為 MC9S12 系列單片機(jī)專門(mén)提供的開(kāi)發(fā)工具（Metrowerks Codewarrior IDE）。這是一套用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。本文智能車(chē)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分就是在此開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成的。軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) Codewarrior IDE在整個(gè)開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)開(kāi)發(fā)工具 FreescaleHC 12 或 S12 為 C P U，