自動尋跡智能車

1、設(shè)計(jì)目的 智能車主要是為完成自動尋跡功能而設(shè)計(jì)的。要求能自動識別道路、并做出相應(yīng)的動作，以達(dá)到更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)的行駛效果。智能車采用紅外傳感器對路面 和速度信息采樣送進(jìn) MC9S12 單片機(jī)進(jìn)行處理，通過合 理利用 MC9S12 的功能如 A D 轉(zhuǎn)換模塊、 RTI 中斷等， 并配合控制策略，控制車子在各個時刻的運(yùn)動以達(dá)到自動尋跡目的。 賽道檢測   本車采用紅外發(fā)射接收一體化傳感器 (ST178) 進(jìn)行道路信息采集。 ST178 外形見圖 1 。 2 道路信息檢測電路原理圖如圖 2 。 由于比賽規(guī)則限制，本車在檢測電路中僅使用了 14 個紅外傳感器 ( 傳感器越多道路檢 測越精確

2、) ，每個傳感器都通過上圖所示的電路接到單片機(jī)的 A D 口上。通過對紅外傳感器進(jìn)行選擇和測試可調(diào)整最佳的感測距離。該傳感器的最佳感應(yīng)距離為 2 3cm ，白色感應(yīng)電壓大于 2.5V ，黑色感應(yīng)電壓小于 IV( 賽道為 2.5cm 寬的黑色引導(dǎo)線 ) 。通過單片機(jī) A D 轉(zhuǎn)換后黑色數(shù)據(jù)小于 60 ，白色數(shù)據(jù)大于 128 。能夠很好的識別到賽道的變化，具有較高的穩(wěn)定性。 傳感器位置的排布非常講究、如采用直板排布，高速運(yùn)動下智能車容易出現(xiàn)犯規(guī)。 我們采用了“梯形排布”方式，試驗(yàn)證明效果明顯，有效地防止止高速情況下智能車?yán)铣鼋绲膯栴}。見圖 3 。 由于道路檢測精度要高，而傳感器數(shù)目有限，所以采取中

3、間密集兩邊稀疏的排列方式，這樣能夠更好的利用有限資源來檢測道路信息。 智能汽車速度檢測電路 為節(jié)省資金、我們就地取材，速度檢測部分用的是鼠標(biāo)中的光電對管，并配合鼠標(biāo)中的齒輪使用。 檢測電路的 PCB 板見圖 4 。其中 U1 ， U2 分別為紅外接收和發(fā)射管。 BT 為電源，左邊 +5V 右邊為 GND 。 U3 為信號線。當(dāng)發(fā)射和接收管中間沒有遮擋時、 U3 為高電平，如果被遮擋 U3 為低電平。通過這個原理就可以檢測車速。 ( 在車軸上套一個齒輪，當(dāng)齒輪隨車軸轉(zhuǎn)動時，齒輪上的鋸齒會不斷遮擋紅外線的發(fā)射和接收。這樣 U3 上會產(chǎn)生頻率與車輪轉(zhuǎn)動頻率成正比的正弦波。找到他們之間的換算關(guān)系就可以

4、進(jìn)行速度測量。 速度檢測方面我們還設(shè)計(jì)了 F V 轉(zhuǎn)換電路。但事實(shí)證明很不成功，不僅精度低、而且還出現(xiàn)了一定程度的數(shù)據(jù)延遲，這對賽車的影響是相當(dāng)大的。 最后還是選擇將傳感器采集出的信號、直接通過單片機(jī)的一路 A D) 進(jìn)行采集分析。效果比較滿意。此方案能夠及時有效地實(shí)現(xiàn)速度的采集與控制。 智能汽車電機(jī)驅(qū)動電路介紹驅(qū)動方案有很多種 1 專業(yè)驅(qū)動芯片驅(qū)動 可以使用比賽組委會推薦的 MC33886 ，它的優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠，只要按照 PDF 說明連接電路就行。缺點(diǎn)是集成元件散熱效果不好、須外加散熱片。并且導(dǎo)通內(nèi)阻偏高，不利于電機(jī)的瞬時響應(yīng)。 改進(jìn)方案是將多片 MC33886 并聯(lián)，以減小導(dǎo)通內(nèi)阻。 2

5、 分立元件搭建驅(qū)動電路 我們采用分立元件搭建驅(qū)動電路，圖 5 所示為 H 橋方案：通過 Q1 、 Q4 或 Q2 、 Q3 同時導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并通過電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)賽車減速。 H 橋驅(qū)動電路的 PCB 板見圖 6 。 由于驅(qū)動電路的導(dǎo)通內(nèi)阻對車的性能影響極大 ( 影響瞬時響應(yīng)速度 ) ，在高速情況下 0.01s 都可能決定你的成敗，因?yàn)楫?dāng)車速達(dá)到 2m s 時、 0.01s 你的車就出界 1cm 了。所以我們選擇并管來減小導(dǎo)通內(nèi)阻。并且選用的都是低導(dǎo)通內(nèi)阻的管子 (p60n06 和 IRF9640) 各種驅(qū)動我都做了實(shí)驗(yàn)， 1298 也是集成驅(qū)動芯片。用它搭成的驅(qū)動電路效果很差，不僅驅(qū)動

6、無力而且芯片發(fā)熱嚴(yán)重。 mc33886 也沒能達(dá)到預(yù)期效果。只有分立的 H 橋效果理想。 車載電源 作為一節(jié)電池供電的車來說，電源部分也是相當(dāng)重要的。選用低壓差穩(wěn)壓芯片是必要的，我們選擇 LM2940 -5V 穩(wěn)壓芯片。實(shí)踐證明，選用此種方案能夠出色完成任務(wù)。單片機(jī)在很大電壓范圍內(nèi)都能穩(wěn)定工作。 LM2940-5 也是 3 端穩(wěn)壓芯片，其用法和 7805 相同這里不再贅述。電源 PCB 板見圖 7 。 舵機(jī)的作用和工作原理 小車靠舵機(jī)控制轉(zhuǎn)動方向來轉(zhuǎn)彎。舵機(jī)的工作相當(dāng)簡單，它是一個脈寬控制器件。在其控制線上輸入一個周期 50Hz 的 pwm 信號，舵機(jī)的轉(zhuǎn)角同輸入信號的脈寬呈線性關(guān)系。 45

7、°對應(yīng) 1100 s 脈寬， 0 °對應(yīng) 1500 s 脈寬， 45 °對應(yīng) 1900 s 脈寬。 改變脈寬時、舵機(jī)轉(zhuǎn)角自動變化到對應(yīng)值。舵機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是 6v ，但比賽中為了提高舵機(jī)的響應(yīng)速度，我們把它直接接在電池上，采用 7.4v 供電。 小車的控制算法 本車采用分段查表的方法，轉(zhuǎn)彎采用大彎、中彎、小彎的控制方式。針對不同的道路檢測信息，采用不同的轉(zhuǎn)彎和速度數(shù)值來控制小車行駛。例如 1 4 個傳感器的值是 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0(1 為道路檢測所在位置 ) ，即可確定跑道位置并配合當(dāng)前速度的采樣值作出相應(yīng)控制。 例如當(dāng)速度很

8、小時，轉(zhuǎn)彎相對靈敏。相同的道路信息我們讓舵機(jī)轉(zhuǎn)角小些。而當(dāng)速度較高時、慣性很大，我們要相應(yīng)改變算法，即使道路檢測偏差很小，我們也要以很大的角度彎。否則賽車一定會沖出跑道。 為達(dá)到最好的效果，要不斷反復(fù)實(shí)驗(yàn)，測出各種曲率賽道上小車的極限過彎速度并不斷修改參數(shù)。力求所有情況小車都能以極限速度過彎。這就要求算法的準(zhǔn)確性。可惜以光電管檢測的精度實(shí)現(xiàn)上面想法很困難。 所以下一代車我們決定采用 CCD 攝像頭檢測道路信息。這樣能夠精確算出賽道的曲率并調(diào)整車速與轉(zhuǎn)彎角度，有望實(shí)現(xiàn)完美的通過彎道。使用攝像頭能夠大大提高小車道路的前瞻性。這對速度比賽是很重要的。提前減速，提前轉(zhuǎn)彎，以最大半徑入彎都是以大前瞻性為前提的。 實(shí)踐也證明了這點(diǎn)，所以在本次比賽中所有使用攝像頭的隊(duì)伍占有壓倒性優(yōu)勢。這也是值得我們學(xué)習(xí)和改進(jìn)的地方。 心得體會 我們在比賽中所使用的參數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)值。以后應(yīng)該先建立數(shù)學(xué)模型，求出理論最佳值再配合實(shí)際加以修改。希望同學(xué)們以后也應(yīng)該如此。這樣能提高效率和準(zhǔn)確度。 通過這次比賽了解了電路保護(hù)的重要，凡是大電流電路均應(yīng)注意保護(hù)和隔離 ( 如加上光耦隔離 ) 。就是