915智能車培訓課件

1、智能車知識培訓硬件電路知識及程序框架10自動化 朱啟源10自動化 梁嘉權(quán)10自動化 張競豪模塊分解 核心控制模塊（MCU）傳感器路徑檢測（紅外，激光，超聲波，攝像頭）舵機電機驅(qū)動（L298，H橋BTS7960）電機電源穩(wěn)壓模塊傳感器速度檢測（編碼器，光電碼盤）便于調(diào)試的模塊（LED顯示，液晶，撥碼開關，蜂鳴器）傳感器車身姿態(tài)檢測（陀螺儀，加速度計，電子羅盤）無線傳輸模塊（藍牙，Zigbee）路徑檢測模塊可以使用的傳感器紅外傳感器激光傳感器超聲波傳感器電磁傳感器攝像頭線性CCDRPR220紅外傳感器工作原理RPR220由一個紅外線發(fā)光二極管和光敏三極管組成。如右圖所示。工作時，二極管向反射表面（

2、賽道面）發(fā)射紅外線。光敏三極管如果接收到反射回的紅外線則導通，反之則關斷。在賽道上，白色的表面有利于反射紅外線，而黑色的軌跡則吸收紅外線。RPR220對管路徑檢測電路根據(jù)我們講述的原理，當對管檢測到黑線時，會輸出一個電平較低的模擬量；當對管檢測到白色的底板時，會輸出一個電平較高的模擬量。PS:引腳較長的一段為正極紅外傳感器電路圖 傳感器模塊圖 傳感器原理圖白色反射多，故看到白色時，接受管電阻很小，對比R3（10K）可以忽略不計，因此A點相當于直接接地，低電平（實際上根據(jù)R3的大小不同，A點的電壓會有0.幾的電壓）黑色反射少，故看到黑色時，接受管電阻很大，一般來說比R3大很多，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，

3、A點應該分得大部分電壓，高電平（實際上R3越小，A點電壓越接近VCC，一般都在3V以上）LM393：電壓比較器作用：同相輸入電壓比反相輸入電壓高時，輸出高電平，反之低電平激光傳感器激光傳感器模塊激光發(fā)射管激光接收管發(fā)射部分由一個震蕩管發(fā)出180KHZ頻率的震蕩波后，經(jīng)三極管放大，激光管發(fā)光；接收部分由一個相匹配180KHZ的接受管接收返回的光強，經(jīng)過電容濾波后直接接入單片機IO口，檢測返回電壓的高低。調(diào)制處理的作用在于讓接受管只能接受相同頻率的反射光，可以有效防止可見光對反射激光的影響，一般還會配合透鏡使用。消除干擾（漫反射）超聲波模塊使用方法： 一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平,就可以在

4、接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時器計時,當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以達到你移動測量的值了模塊工作原理：(1)采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號; (2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2;攝像頭，線性CCD 攝像頭OV7620實際賽道與經(jīng)過二值化的數(shù)據(jù)點TSL1401線性CCD通過上位機觀測到的數(shù)據(jù)點速度檢測模塊可以使用的測速模塊編碼器光電碼盤歐姆龍

5、E6A2-C編碼器光電碼盤歐姆龍編碼器 接口：3 - GND 2 - +5V 1 - OUT以200線編碼器為例： 1.編碼器轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生200個脈沖。 2.應用于智能車單相測速，旋轉(zhuǎn)時 OUT口可輸出一組脈沖信號。 3.編碼器不需要驅(qū)動電路，可直接與單片機相連，接上拉電阻。 4.輸出波形為方波信號，轉(zhuǎn)速越快，方波變化越大。使用方法：利用單片機的TIM模塊的脈沖累加功能。只要測定一固定時間的脈沖數(shù)，便可計算出智能車的運行速度。車身姿態(tài)檢測模塊可以使用的模塊加速度計陀螺儀電子羅盤加速度傳感器加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產(chǎn)生的加速度。MMA7260是一款三軸低g半導體加速度計，可

6、以同時輸出三個方向上的加速度模擬信號對于兩輪平衡車而言，當車模發(fā)生傾斜時，重力加速度g便會在Z軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出電壓的變化輸出電壓的變化近似與傾角成正比。缺點？陀螺儀該產(chǎn)品是一種應用科氏力原理的角速度傳感器，它輸出一個和角速度成正比的模擬電壓信號。傳感器應該被安裝在正確的方向（注意傳感器的敏感方向和測量方向一致）將角速度積分得到角度由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經(jīng)過積分運算。如果角速度信號存在微小的偏差和漂移，經(jīng)過積分運算之后，變化形成累積誤差。這個誤差會隨著時間延長逐步增加，最終無法形成正確的角度信號。如何消除這個誤差呢？ 電子羅盤MAG3110是一款小型的低功耗、

7、數(shù)字3軸磁力計，具有寬廣的動態(tài)范圍，能夠在帶有外部磁場的印刷電路板(PCB)中運行。MAG3110磁力計可以測量所處位置磁場（由地磁場和電路板組件產(chǎn)生的磁場加在一起的總和）的三個軸向的組成部分。與3軸加速度傳感器結(jié)合使用時，可以獲得不依賴方向的精確羅盤航向信息。舵機 控制方法：PWM脈沖控制電機驅(qū)動為什么需要電機驅(qū)動？電機驅(qū)動模塊什么是H橋？三極管和場效應管H橋電路圖q48050q28050q18550q38550r110kr210kr4r3M12A74LS0612A74LS0612A74LS0612A74LS061K1KVCC D1D3D2D410K10K集成電機驅(qū)動芯片L298NL298內(nèi)

8、部結(jié)構(gòu)圖有興趣的同學可以了解一下L298電路原理圖 半橋集成驅(qū)動芯片BTS7960詳細資料請參看數(shù)據(jù)手冊穩(wěn)壓電路模塊線性集成穩(wěn)壓芯片最大輸出電流可達1A，輸入輸出電壓差2V詳細資料請查看數(shù)據(jù)手冊升級篇開關穩(wěn)壓芯片LM2940最大輸出電流可達1A，輸入輸出電壓差1V比線性穩(wěn)壓芯片效率更高，但是可能會有高頻的開關噪聲，不適用與對噪聲干擾敏感的模擬電路 開關穩(wěn)壓芯片LM2576最大輸出電流可達3A詳細資料請查看數(shù)據(jù)手冊無線傳輸模塊藍牙Zigbee設備和電腦相連（例如51單片機和電腦無線通訊）兩設備之間相連（例如兩個51單片機無線通訊）很好用的調(diào)車模塊led蜂鳴器撥碼開關液晶核心控制模塊-單片機采用最

9、簡單的51單片機 常用51單片機：AT89C51/C52 STC89C51/C5289C51單片機最小系統(tǒng)： 電源 復位電路 晶振電路 EA引腳51單片機的最小系統(tǒng)電路推薦系統(tǒng)電路（帶LED顯示）高級單片機飛思卡爾XS128單片機飛思卡爾K60單片機常用單片機模塊介紹I/O輸入輸出模塊A/D，D/A模數(shù)/數(shù)模模塊PWM脈沖寬度調(diào)制模塊TIM模塊的輸入捕捉,輸出比較,脈沖累加器PIT定時器模塊SCI異步串行傳輸模塊SPI同步串行通信模塊I2C模塊AD/DA模塊IO模塊就是單片機的IN模塊和OUT模塊I/O模塊AD模塊就I/O是把模擬的電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量DA模塊就是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬的電壓量PWM

10、模塊脈寬調(diào)制（PWM）通過軟件編程調(diào)節(jié)波形的占空比、周期和相位，能夠用于直流電機調(diào)速，伺服電機的控制。SCI模塊串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優(yōu)點是只需要一根傳輸線，課大大降低硬件成本，特別適合遠距離通信，缺點是傳輸速率較低。PIT模塊PIT是一個模數(shù)遞減計數(shù)器，首先給計數(shù)寄存器設定一個初值，每經(jīng)過一個總線時鐘，執(zhí)行減1操作，當減為0時，觸發(fā)對應中斷。什么是中斷呢？ 日常中斷的例子返回 你正在專心看書，突然電話鈴響，于是你記下正在看的書的頁數(shù)，去接電話，接完電話后再回來接著看書。 計算機中的中斷概念返回中斷是指當CPU正在處理某項事務的時候，如果系統(tǒng)發(fā)生了緊急事件，要求

11、CPU暫停當前正在處理的工作而去處理這個緊急事件，待事件處理完成后，再回到原來中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序，這個過程 。將能引起中斷的事件稱為中斷源。CPU現(xiàn)行運行的程序稱為主程序。處理隨機事件的程序稱為中斷服務子程序。 中斷過程動畫演示 中斷技術的優(yōu)點分時操作 CPU可以同多個外設“同時”工作實時處理 CPU及時處理隨機事件故障處理 電源掉電、存儲出錯、運算溢出 中斷處理過程示意圖中斷源發(fā)中斷請求中斷響應條件 是否滿足？中斷是否受阻？ 把PC斷點地址壓入堆棧 相應中斷源的中斷入口地址送入PC，轉(zhuǎn)向中斷服務程序NYYN 由硬件自動完成 關中斷保護現(xiàn)場中斷服務 開中斷 關中斷恢復現(xiàn)場 開

12、中斷中斷返回斷點地址由堆棧彈入PC保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場的過程中不允許中斷，以免現(xiàn)場遭到破壞。保護和恢復現(xiàn)場之后的開中斷是為了允許有更高級中斷打斷此中斷服務程序。 硬件自動完成中斷服務程序一個程序的整體框架如何呢？傳感器采樣對采集的數(shù)據(jù)進行處理，包括濾波得到偏差值erro算法處理得到舵機和電機的輸出循環(huán)處理算法一：PID控制經(jīng)典PID控制增量PID控制 比例控制能迅速反應誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤

13、差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。 微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 總結(jié)：應用PID控制，必須適當?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP，積分時間TI和微分時間TD，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。PID算法在差速車上的應用。算法二：棒棒控制 總結(jié) 幾個有用的網(wǎng)站/數(shù)據(jù)手冊下載ALLDATASHEET.COM is the biggest online electronic component datasheets search engine.If You cant search it here,Nowhere else in the world. Youll less likely find it./智能車論