光電組-樂(lè)山師范學(xué)院明星電纜3隊(duì)技術(shù)報(bào)告

光電傳感器的設(shè) 智能車(chē)建模及尺寸參 第四章電路設(shè) 電源模塊設(shè) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè) 舵機(jī)控制模塊設(shè) 車(chē)速檢測(cè)模塊設(shè) 測(cè)速方法研 M/T法測(cè)速測(cè)速原 坡道控制模塊設(shè) 第五章系統(tǒng)設(shè) 5.1系統(tǒng)總體設(shè) 5.2各功能模塊設(shè) 時(shí)鐘模 ECT模 AD轉(zhuǎn)換模 路徑識(shí)別與算 彎道控制及策 速度與轉(zhuǎn)角控制策略與算 第六章開(kāi)發(fā)制作與調(diào) 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工 調(diào)試過(guò) 硬件調(diào) 調(diào) 第七章智能車(chē)主要技術(shù)參數(shù)說(shuō) 智能車(chē)基本參 電路部分參 第八章總 參考文 附錄 概自“飛思”杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽2006年舉辦第一屆以來(lái)，越來(lái)越多地受到學(xué)校和企業(yè)各界的關(guān)注。今年三月報(bào)名參加第五屆智能汽車(chē)競(jìng)賽，本小隊(duì)成員學(xué)習(xí)了“飛思”單片機(jī)控制器、傳感技術(shù)、汽車(chē)機(jī)械構(gòu)造、模式識(shí)別等各方面知識(shí)，積累了大量理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本智能車(chē)系統(tǒng)采用M912X128單片機(jī)作為控制，接收并處理激光傳感器檢測(cè)賽道反饋信息，采用兩個(gè)舵機(jī)分別對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制及實(shí)現(xiàn)光電傳感器賽道“搖頭”。并采用旋轉(zhuǎn)編對(duì)智能車(chē)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)運(yùn)用ID算法實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。另外，智能車(chē)系統(tǒng)采用獨(dú)立安裝在車(chē)前端的ST188光電傳感器檢測(cè)坡道路徑。小車(chē)速度提升的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)角要和速度匹配的非常好，采用現(xiàn)場(chǎng)整定的辦法獲取智能小車(chē)轉(zhuǎn)角和速度的最佳匹配參數(shù)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的最優(yōu)控制。在控制單元的協(xié)調(diào)控制下，該智能車(chē)能夠快速穩(wěn)定的跑完全程。本文結(jié)本文共八個(gè)章節(jié)，第一章為引言，簡(jiǎn)明的講述大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽的情況并對(duì)本技術(shù)報(bào)告的結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)單介紹；第二章至第七章為本文的主體，詳細(xì)介紹了本小組的參模的機(jī)械、硬件電路以及的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并對(duì)智能車(chē)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試作了說(shuō)明；第八章為總結(jié)，對(duì)本技術(shù)報(bào)告的總體進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明以及本小隊(duì)在智能車(chē)競(jìng)賽準(zhǔn)備過(guò)程中的一些心得體會(huì)。系統(tǒng)方案介本參賽小隊(duì)的智能車(chē)系統(tǒng)采用“飛思”16位單片機(jī)M912X128作為控制單元，由安裝在智能車(chē)上部的數(shù)個(gè)光電傳感器接收從比賽賽道反饋回來(lái)的信號(hào)并傳到控制單元單片機(jī)中，由智能車(chē)“大腦”接收并處理從傳感器反饋的信號(hào)后，模塊產(chǎn)生相應(yīng)的波形，通過(guò)輸出不同占空比控制智能車(chē)的轉(zhuǎn)向舵機(jī)與直流電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)控制智能車(chē)按照規(guī)定賽道行駛。為了使智能車(chē)能夠更加快速穩(wěn)定的行駛，智能車(chē)“大腦”S12單片機(jī)必須把對(duì)賽道路徑的判斷、轉(zhuǎn)向舵機(jī)的角度控制以及對(duì)直流電機(jī)的控制緊密的聯(lián)系在一起。不論是某一路信號(hào)的誤判還是單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制的失當(dāng)，都會(huì)引起智能車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生抖動(dòng)甚至偏離賽道。所以，對(duì)智能車(chē)總系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性就顯得尤為重要。智能車(chē)系統(tǒng)總體結(jié)光電速度光電速度檢轉(zhuǎn)向控電電源直直流電2.1本智能車(chē)系統(tǒng)采用freescale單片機(jī)MC9S12XS128作為控制，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，再根據(jù)信號(hào)對(duì)直流電機(jī)和轉(zhuǎn)向舵機(jī)進(jìn)行有效控制。MC9S12XS128CPU16CPU40MHz；8KBRAM128KB程序閃存、2KB數(shù)據(jù)閃存；脈寬調(diào)制模塊()4821611612位精度A/D轉(zhuǎn)換器；另外片內(nèi)還具有增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器。完全可以勝任大量的數(shù)利用光電方式對(duì)比賽賽道信息進(jìn)行并反饋給處理單元，由處理單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)智能車(chē)的實(shí)時(shí)速度檢測(cè)并反饋，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車(chē)速度的閉環(huán)控制，以便調(diào)對(duì)智能車(chē)上的舵機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到快速準(zhǔn)確的控制智能車(chē)的行駛方向及傳對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，控制的速度車(chē)模選根據(jù)大賽的要求，選擇B型車(chē)模作為智能車(chē)制作的基礎(chǔ)車(chē)模。B型車(chē)模采用的是國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的1：16的電動(dòng)越野車(chē)的底盤(pán)部分，其特點(diǎn)為四輪驅(qū)動(dòng)，四輪獨(dú)立懸掛，相比于往年比賽采用的A型車(chē)模結(jié)構(gòu)上復(fù)雜程度有所增加。同時(shí)可調(diào)整參數(shù)也有所增加，而通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)，車(chē)輛的性能提升有明顯的效果。車(chē)模安在嚴(yán)格遵守比賽對(duì)車(chē)模所做的要求的前提下，按照說(shuō)明書(shū)所說(shuō)的步驟對(duì)車(chē)模按照車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，增大后輪距，能夠提高智能車(chē)穩(wěn)定性并減小側(cè)滑。因此增了后輪距使智能車(chē)更穩(wěn)定的跑完全程。前輪的中心位置對(duì)智能車(chē)轉(zhuǎn)向有極其重要作用。為了保證智能車(chē)輪不人為打偏的情況下按照直線行駛，將前輪調(diào)整成外“八”字型，保證在直線賽道上不跑偏。車(chē)身重心位置的前后調(diào)整，對(duì)智能車(chē)行駛性能有很大的影響。按照車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，車(chē)身重心前移會(huì)增加轉(zhuǎn)向，但會(huì)降低轉(zhuǎn)向的靈敏度，同時(shí)降低后輪的抓地力；重心后移會(huì)減少轉(zhuǎn)向，但會(huì)增大轉(zhuǎn)向靈敏度，后輪抓地力也會(huì)增加因而調(diào)整合適的車(chē)體重心，讓智能車(chē)更加適應(yīng)跑道是很關(guān)鍵的。根據(jù)實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，鑒于當(dāng)前舵機(jī)響應(yīng)遲緩，因此，需要將車(chē)的中心前移，增加轉(zhuǎn)向性能。車(chē)模在整個(gè)競(jìng)賽過(guò)程中，加速加速度和加速度的大小將直接決定車(chē)在全程中的平均速度，所以，提高加速度對(duì)全程平均速度的提高有重要作用。在量。組在減輕重量方面的操作原則為在不比賽規(guī)則和不影響正常行駛的情況下，減輕所用材料的重量，拆除多余零件。在電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了減在布局上，使用的雙面緊湊布局的方法，最大限度減小電路板的面積，減輕重量。另外，在B型模型車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面還有很多可以改進(jìn)的地方，比如說(shuō)懸架、底盤(pán)、車(chē)身高度等。B型車(chē)模的底盤(pán)材質(zhì)較柔軟，對(duì)于復(fù)雜多變的賽道以及高速行駛的智能車(chē)，容易發(fā)生車(chē)體自身的彈性形變。所以本小隊(duì)在B型車(chē)模的底盤(pán)下此外，還對(duì)模型車(chē)的前后懸架彈簧的預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)節(jié)，選用不同彈性系統(tǒng)的彈簧等方法進(jìn)行了改進(jìn)，并且對(duì)車(chē)身高度，進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和調(diào)整，均取得了不錯(cuò)效果。傳感器的設(shè)計(jì)安方案一：采用CCD/CMOS頭，CCD/CMOS頭的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)前瞻距離大、檢測(cè)范圍寬、檢測(cè)道路參數(shù)多；缺點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要信號(hào)同步分離，且工作電壓高于電池電壓，需要升壓電路，加大電源的損耗，而且本系統(tǒng)采用的處理器是25MHz的單片機(jī)，處理速度有限，并且CCD一偵圖像的時(shí)間最快為50s，對(duì)于一個(gè)速度要求很高的系統(tǒng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，還易受外界干擾，計(jì)算量大。方案二：采用電磁線磁場(chǎng)傳感器檢測(cè)電磁感應(yīng)磁場(chǎng)的方法。競(jìng)模需要能夠通過(guò)自動(dòng)識(shí)別賽道中心線位置處由通有100A交變電流的導(dǎo)線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)進(jìn)行路徑檢測(cè)。采用此方法檢測(cè)賽道的方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，體積小。但缺點(diǎn)是磁場(chǎng)傳感器檢測(cè)能力小，環(huán)境中存在諸多電磁干擾。對(duì)智能車(chē)的平穩(wěn)行駛有一定影響。方案三：使用光電傳感器。通過(guò)發(fā)光管發(fā)射激光照射跑道，跑道表面與中心黑線具有不同的反射強(qiáng)度，利用光電接收管可以檢測(cè)到反射回來(lái)的不同強(qiáng)度的光信息。這種檢測(cè)方法具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，且電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)信息快，而且單片機(jī)處理信息更加方便。但這種方法對(duì)道路參數(shù)檢測(cè)分辨率，易受到外界光線的干擾。利用紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光線，接收管接收不同材質(zhì)反射的不同信息。例如單光束反射取樣式ST18導(dǎo)致控制對(duì)賽道的預(yù)處理能力較差。利用激光發(fā)光管發(fā)出激光，接收管接收不同材質(zhì)反射的不同信息。其優(yōu)點(diǎn)是前瞻較大，接收管有效接收激光管發(fā)出的光線距離較紅外線更長(zhǎng)，傳感器的視野更加廣闊，控制對(duì)賽道的預(yù)處理能力更強(qiáng)。通過(guò)對(duì)上述三個(gè)方案的比較，結(jié)合自身的實(shí)際情況，采用方案三第二種，即利用光電方式，通過(guò)激光發(fā)光管出激光，接收管接收反射回來(lái)的不同強(qiáng)度的光信息來(lái)檢測(cè)路徑的方案。對(duì)于坡道賽道而言，較長(zhǎng)的發(fā)射光光線容易使智能車(chē)因ST188光電傳感器對(duì)坡道賽道進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，減少算法的復(fù)雜性。光電傳感器檢測(cè)路面信息的原理是由發(fā)射管發(fā)射一定波長(zhǎng)的激光，經(jīng)地面反射到接收管。如圖3.1，由于在黑色和白色上反射系數(shù)不同，在黑色上大部分光線被吸收，而白色上可以反射回大部分光線，所以接收到的反射光強(qiáng)是不一樣，進(jìn)而導(dǎo)致接收管的特性曲線發(fā)生變化程度不同，而從外部觀測(cè)可以近似認(rèn)為接收管兩端輸出電阻不同，進(jìn)而經(jīng)分壓后的電壓就不一樣，就可以將黑白路面區(qū)分開(kāi)來(lái)。圖 光電傳感器原激光傳感器與普通的光電傳感器原理都是一樣，但是其前瞻能力遠(yuǎn)大于普通40-50厘米。在競(jìng)賽中，規(guī)則規(guī)定傳感器最多過(guò)16個(gè)，選用12個(gè)激光傳感器，所有的傳感器呈“一”字排布。如圖3.2，激光傳感器由兩部份構(gòu)成，一部份為300Hz頻率的振蕩波后，激光管發(fā)光；接收部份由一個(gè)相匹配300Hz的接收管接收返回的光強(qiáng)經(jīng)過(guò)電容濾波后直接接入12單片機(jī)，由于激光傳感器使用了調(diào)制處理，接收管只能接受相同頻率的反射光，因而可以有效防止可見(jiàn)光對(duì)反射激光的影響。為了更好的接收反射回來(lái)的光，在接收管上套一個(gè)透鏡，可以起到一定的濾光作用，使接收管接收的信號(hào)更加強(qiáng)，便于單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3.2為了簡(jiǎn)化12路激光傳感器的控制，減少激光傳感器相互之間的干擾，傳感器的發(fā)光控制采用了分時(shí)點(diǎn)亮的策略，使用74LS154作為分時(shí)控制器，由S12的4個(gè)I/O口來(lái)控制傳感器的開(kāi)斷.智能車(chē)建模及尺寸參改裝后的模型車(chē)如圖3.3改裝后的模型車(chē)基本尺寸參數(shù)如表3.128x18x電源模塊設(shè)電源是智能車(chē)系統(tǒng)中極其重要的部分，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)選好合適并且電壓穩(wěn)定的電源。賽B型車(chē)模的電源由6節(jié)串聯(lián)共V的電池提供，由于電路中的不路模塊所需要的工作電壓和電流容量不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。智能車(chē)對(duì)電路功率消耗有較嚴(yán)格的要求，如果穩(wěn)壓選用L7805，其轉(zhuǎn)換壓差較高，且785直接輸入不接輸出的情況下，其還會(huì)有3A的電流消耗（靜態(tài)電流。而L2940是低壓差線性穩(wěn)定器，比785轉(zhuǎn)換效率更高。所以本智能車(chē)系統(tǒng)選用LM2940為其他模塊進(jìn)行供電，功耗低，供電穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)3片穩(wěn)壓LM2940穩(wěn)壓后，輸出5V電壓，分別對(duì)單片機(jī)、經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓LM2941穩(wěn)壓后，輸出6V電壓，對(duì)轉(zhuǎn)向舵機(jī)供電。電源穩(wěn)壓電路如圖4.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)本智能車(chē)系統(tǒng)通過(guò)智能功率BTS7960驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，BTS7960的接口電路如圖4.2所示4.2舵機(jī)控制模塊設(shè)對(duì)舵機(jī)的控制分為“搖頭”舵機(jī)與轉(zhuǎn)向舵機(jī)，由于“搖頭”舵機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向的控制精度和轉(zhuǎn)向靈敏度要求更高，本智能車(chē)的“搖頭”舵機(jī)采用A型舵機(jī)，可以成它的制求“搖”機(jī)電直接9V電池。而轉(zhuǎn)向舵機(jī)采用B型舵機(jī)，電源接LM2941穩(wěn)壓后的6V穩(wěn)壓直流電源。車(chē)速檢測(cè)模塊設(shè)車(chē)速檢測(cè)采用編輸出脈沖來(lái)測(cè)量智能車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中的速度。編測(cè)3種：M法，TM/T3種測(cè)速方法，本智能車(chē)測(cè)速采用第三種M/T法測(cè)速，M/T法兼有MT法的優(yōu)點(diǎn)，在高速和低M/T同時(shí)測(cè)量檢測(cè)時(shí)間和在此檢測(cè)時(shí)間呢脈沖發(fā)生器發(fā)送的脈沖數(shù)來(lái)確定被測(cè)轉(zhuǎn)速，原理如圖4.3所示。它是用規(guī)定時(shí)間間隔Tg以后的第一個(gè)測(cè)速脈沖去終止時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器，并由此計(jì)數(shù)器值m2來(lái)確定檢測(cè)時(shí)間T。檢測(cè)時(shí)間為： （Nm

(公式 TT時(shí)鐘脈沖坡道控制模塊設(shè)

圖4.3M/T根據(jù)大賽規(guī)則，在決賽比賽中增加坡道賽道，智能車(chē)制作采用光電方式獨(dú)立檢測(cè)坡道路徑，綜合考慮用使用了7個(gè)安裝在車(chē)前端的單光束反射取樣式光電傳感器ST188獨(dú)立檢測(cè)坡道路徑。單個(gè)ST188檢測(cè)電路如圖4.4。該傳感器檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，在硬件的外部沒(méi)有加任何的信號(hào)濾波電路，由環(huán)境光引起的環(huán)境干擾不能通過(guò)RC濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)簡(jiǎn)單的濾除，只能通過(guò)來(lái)5.1系統(tǒng)總體設(shè)、在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用到4個(gè)單片機(jī)基本功能模塊：時(shí)鐘模塊輸出模塊、ECT模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、。通過(guò)編寫(xiě)程序先對(duì)所用到的模塊進(jìn)行初始、系統(tǒng)通過(guò)在主程序內(nèi)循環(huán)調(diào)用信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、路徑計(jì)算和控制等功能子模塊，程序的執(zhí)行為先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后在主程序中完成相應(yīng)的功能。首先對(duì)各功能模塊進(jìn)行初始化，初始化流程圖如圖5.1所示。ATDATDECTECT5.1初始化完成以后，就在主程序中編寫(xiě)程序，完成智能車(chē)沿賽道快速平穩(wěn)行駛5.2各功能模塊設(shè)時(shí)鐘基本脈沖是CPU工作的基礎(chǔ)。MC9S12XS128微控制器的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，由時(shí)鐘振蕩電路或時(shí)序脈沖信號(hào)提供。MCU的所有時(shí)鐘信號(hào)都來(lái)源于EXTAL引腳，也為MUC與其他外接之間的通信提供了可靠的同步時(shí)S12的總線時(shí)鐘是整個(gè)MCU系統(tǒng)的定時(shí)基準(zhǔn)和工作同步脈沖，其頻率固定為晶體頻1/2。對(duì)于S12，可以利用寄存SYNR、REFDV來(lái)改變晶振頻率FOSCCLK，可以8MHz或16MHz外部晶體振蕩器作外SYNR設(shè)為2，REFDV設(shè)為1，可以得到24MHz的總線頻率，接近S12單片機(jī)的上限總線頻率25MHz。而鎖相環(huán)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率為：設(shè)計(jì)中SYNR設(shè)為2，REFDV設(shè)為1，因此，總線時(shí)鐘為24MHzECT模S12ECT8個(gè)輸入（IC/輸出(OC)TIOS寄存器選擇輸入或輸出比較功能。ECT既可以作為一個(gè)時(shí)基定時(shí)產(chǎn)生中斷，也可模數(shù)遞減計(jì)數(shù)器（MDC）S12微控制器ECT16位計(jì)數(shù)器。其配備了常數(shù)寄存器T和控制寄存器MCCTL，分別為MDC提供定時(shí)常數(shù)和時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)寄存器TCTL4設(shè)定各個(gè)引腳的各種動(dòng)作，初始化 //Settherisingendgefor //pt0andpt1級(jí)聯(lián)成16位計(jì)數(shù) 通過(guò) 第五章系統(tǒng)設(shè)ADAD轉(zhuǎn)換模塊由模擬量前端的8選1多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，采樣緩沖器及放大器，逐次近式模擬量轉(zhuǎn)換、控制部分及轉(zhuǎn)換結(jié)果部分等組成。AD轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間周期是固定不變的，但采樣時(shí)間和時(shí)鐘頻率可以通過(guò)寄存器ATDxCTL4（x為0或1）在一定范圍內(nèi)選擇，其公式為： 從公式和總線頻率的取值范圍可以得出A/D時(shí)鐘頻率范圍滿(mǎn)足：通過(guò)寄存器ATDxCTL2（x為0或1）控制ATDx的啟動(dòng)、狀態(tài)標(biāo)志以及上電模式；寄存器ATDxCTL3（x01）用于控制結(jié)果寄存器的影射，設(shè)置ATDxCTL5（x01）用于選擇轉(zhuǎn)換方式，選擇轉(zhuǎn)換通道，設(shè)置單/多通道轉(zhuǎn)換和單次/連續(xù)轉(zhuǎn)換模式以及選擇對(duì)齊方式，寫(xiě)寄存器ATDxCTL5將會(huì)啟動(dòng)一次新的轉(zhuǎn)換，如果寫(xiě)該寄存器時(shí)ATD正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換，路徑識(shí)別與算要想很好的控制小車(chē)在規(guī)定的跑到上穩(wěn)定而快速的行駛，路徑的識(shí)別，小車(chē)算法的依據(jù)是返回的二值化數(shù)據(jù)，通過(guò)這組數(shù)據(jù)算出小車(chē)的重心偏移量，公 （Position表示重心偏移量；v表示傳感去坐標(biāo)；black_number表示在黑線在小車(chē)快速行駛的過(guò)程中，會(huì)有丟失數(shù)據(jù)，或是到噪點(diǎn)，所以要分別對(duì) 濾波算法是，如果數(shù)據(jù)的跳變超過(guò)2個(gè)傳感器。這樣的數(shù)據(jù)就認(rèn)為是彎道控制及策車(chē)輛在彎道行駛時(shí)，需要對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：切彎路徑、轉(zhuǎn)向角度、入彎其中，切彎路徑主要決定了車(chē)輛是選擇內(nèi)道過(guò)彎還是外道過(guò)彎。切內(nèi)道，路經(jīng)最短，但是如果地面摩擦系數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛出現(xiàn)側(cè)滑，原因是切內(nèi)道時(shí)曲率半徑小，速度快，智能車(chē)需要的向心力很大，而賽道本身是平面結(jié)構(gòu)，向心力將全部由來(lái)自地面的摩擦力提供，因此賽道表面的摩擦系數(shù)將對(duì)的運(yùn)行狀態(tài)有很大影響。切外道，路徑會(huì)略長(zhǎng)，但是有的調(diào)整機(jī)會(huì)，同時(shí)曲率半徑的增加會(huì)使得模型車(chē)可以擁有更高的過(guò)彎速度。轉(zhuǎn)向角度決定了車(chē)輛過(guò)彎的穩(wěn)定性。合適的轉(zhuǎn)向角度會(huì)減少車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的調(diào)整時(shí)間，不僅路徑可以保證最優(yōu)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定也會(huì)帶來(lái)效率的提高，減少時(shí)間。舵機(jī)的轉(zhuǎn)角直接影響到車(chē)輛轉(zhuǎn)向角度的大小，轉(zhuǎn)角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致前輪，在高速行駛過(guò)程中前輪轉(zhuǎn)向而影響速度甚至發(fā)生側(cè)滑。轉(zhuǎn)角過(guò)大則失去了過(guò)彎的最佳路徑甚至沖出賽道。對(duì)于入彎速度的分析，應(yīng)該綜合考慮路徑和轉(zhuǎn)向角度的影響。一般采取入彎，出彎加速的方案，這樣理論上可以減少過(guò)彎時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間。如果不考慮路徑和轉(zhuǎn)向角度，只是單純地分析過(guò)彎速度，會(huì)造成控制策略的局限甚至錯(cuò)誤。所以現(xiàn)在本系統(tǒng)參考實(shí)際駕駛時(shí)的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)過(guò)彎速度的處理方式確定為：入彎時(shí)急，以得到足夠的調(diào)整時(shí)間，獲得正確的轉(zhuǎn)向角度；在彎道內(nèi)適當(dāng)提速，并保持角度不變，為出彎時(shí)的加速節(jié)約時(shí)間；出彎時(shí)，先準(zhǔn)確判斷標(biāo)志，然后加速，通過(guò)消耗掉一定的時(shí)間，保證行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性，而且彎道內(nèi)的有限加速對(duì)之后在直道上的提速也有很大的幫助。速度與轉(zhuǎn)角控制策略與線的范圍和穩(wěn)定性，特別將光電收發(fā)模塊裝在一個(gè)可以“搖頭”的舵機(jī)上。舵機(jī)的算法，使用的是PD 算法，要到達(dá)的目標(biāo)是使傳感器緊跟黑線中心，其實(shí)這里就形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中P參數(shù)影響系統(tǒng)的反應(yīng)快慢，D參數(shù)用于減小超調(diào)。既要很快的跟上黑線，又要防止振蕩。第五章系統(tǒng)設(shè)轉(zhuǎn)向舵機(jī)的參數(shù)來(lái)源與“搖頭”舵機(jī)值，在加上傳感器的重心偏移量。這些參數(shù)，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)整定，最終確定。速度電機(jī)的控制使用的是PID算法，他能很好的對(duì)小車(chē)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的要想讓小車(chē)跑的更快，特別是轉(zhuǎn)角要和速度匹配的非常好，這是決定小車(chē)速度極限的關(guān)鍵和。采用現(xiàn)場(chǎng)整定的辦法獲取智能小車(chē)轉(zhuǎn)角和速度的最佳匹配參數(shù)。方法是首先將小車(chē)的速度開(kāi)環(huán)控制，給定一個(gè)較大的速度值，然后在此恒定速度下獲取并調(diào)整轉(zhuǎn)角的控制曲線和參數(shù)值，最后再將速度閉環(huán)控制，進(jìn)一步調(diào)整速度和轉(zhuǎn)角的控制參數(shù)值，使兩者達(dá)到一個(gè)最優(yōu)控制。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試比較，轉(zhuǎn)角的最終控制曲線接近于一個(gè)二次或三次函數(shù)曲線。傳感器使用了分時(shí)點(diǎn)亮的算法，每次點(diǎn)亮距離相隔最遠(yuǎn)的一個(gè)，這樣就有效的減少和防止了的傳感器間的互相干擾，能準(zhǔn)確的返回?cái)?shù)據(jù)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工S12系列微控制器具有一個(gè)由片內(nèi)仿真、觸發(fā)和硬件構(gòu)成的單線背景調(diào)試模式(BDM)，因此它可以通過(guò)使用兩種開(kāi)發(fā)工具：簡(jiǎn)單串行電纜或低成本的BDM，來(lái)完成調(diào)試功能。CodeWarriorforS12HC1S12CPU的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器庫(kù)、全仿真、可視化參數(shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、器以調(diào)試過(guò)智能車(chē)系統(tǒng)的調(diào)試是智能車(chē)制作過(guò)程中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。在完成系統(tǒng)硬件和設(shè)計(jì)后，要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以檢查系統(tǒng)的完整性和有效性。系統(tǒng)調(diào)試主要包括硬件調(diào)試和調(diào)試兩部分。對(duì)智能車(chē)系統(tǒng)調(diào)試，首先分別對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳感器、電源、速度檢測(cè)等模塊進(jìn)試。特別是對(duì)傳感器模塊的測(cè)試，傳感器就像是智能車(chē)的傳感器接收效果受激光發(fā)射管所發(fā)射光的距離影響，理論上是光照越近，接收管接收效果越好，但是較小前瞻對(duì)智能車(chē)對(duì)賽道的預(yù)知能力有所影響，導(dǎo)致智能車(chē)對(duì)整體控制效果的局限。后經(jīng)過(guò)調(diào)試，激光發(fā)射管發(fā)射的光在4045cm時(shí)接收管接收效果較好且方便控制對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。各模塊在調(diào)試過(guò)程中都出現(xiàn)了不同類(lèi)型的問(wèn)題，不過(guò)經(jīng)過(guò)本小隊(duì)隊(duì)員的努力單個(gè)模塊調(diào)試完成后，就可以對(duì)智能車(chē)整體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。將各個(gè)模塊按照首先不開(kāi)電機(jī)與舵機(jī)，使前后輪都保持直線方向，用手輕推只能車(chē)，查看之前在機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)車(chē)輪的改動(dòng)是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，調(diào)試初期車(chē)輛并不能保持直線方向行駛，而是稍稍向一邊偏，這樣在直道行駛控制策略當(dāng)中就會(huì)影響控制精度。經(jīng)過(guò)一定的改動(dòng)過(guò)后，直線偏向問(wèn)題得到解決。給電機(jī)一個(gè)相對(duì)較小的速度，設(shè)置一個(gè)的轉(zhuǎn)角，讓在賽道上慢跑一圈檢測(cè)各模塊對(duì)系統(tǒng)整體的作用及對(duì)整體的誤差影響。同硬件調(diào)試過(guò)程一樣，首先對(duì)CT、D、等模塊進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱辛的過(guò)程：傳感器信號(hào)的接收和處理、速度控制算法、舵機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)賽道的適應(yīng)能力、起跑線的檢測(cè)以及彎道控制策略的參數(shù)調(diào)整等，都是比較復(fù)雜而的歷程。調(diào)試的關(guān)鍵是看智能車(chē)的數(shù)據(jù)，使用仿真調(diào)試，可以方便的看到變量和寄存器的數(shù)值變化，為調(diào)試減輕了不少的負(fù)擔(dān)，也可以使用無(wú)線收發(fā)模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)時(shí)的觀察智能車(chē)動(dòng)態(tài)情況，為進(jìn)一步分析和提高車(chē)速以及加強(qiáng)穩(wěn)定性有很大的意義。在反復(fù)的調(diào)試中尋找合適的參數(shù)，分析和解決所遇的的各種各樣的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試以及對(duì)參數(shù)的調(diào)整，智能車(chē)達(dá)到對(duì)不同賽道的較強(qiáng)適應(yīng)能本智能車(chē)采用一塊比賽標(biāo)準(zhǔn)9V電池供電，電路有6個(gè)電容，容量總計(jì)約1110μF。當(dāng)模型車(chē)全功率運(yùn)行時(shí)，功耗約為50W。在這份技術(shù)報(bào)告中，分模塊的介紹了智能車(chē)機(jī)械硬件方面、方面以及電路的設(shè)計(jì)，最重要的是的控制策略及算法。在傳器的排法和置選擇上，過(guò)綜合考慮，傳感器按照“一”字型排列安裝在智能車(chē)的中部，這樣防止在賽道調(diào)試過(guò)程中車(chē)輛沖出賽道而撞壞模型車(chē)。另外注意到：激光發(fā)射管發(fā)射的光如果不在同一直線上，即發(fā)射光照出的距離不同，接收管接收信號(hào)會(huì)有很大差距，所以嚴(yán)格控制發(fā)射光必須控制在同一直線，這樣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大作用。在設(shè)計(jì)和算法方面，先分模塊介紹智能車(chē)所用到的模塊的初始化流程，再詳細(xì)的介紹路徑識(shí)別、彎道控制以及車(chē)輛行駛速度的控制算法。通過(guò)不斷地調(diào)試與參數(shù)的修改，能夠比較平穩(wěn)的跑完整個(gè)賽道。另外，機(jī)械結(jié)構(gòu)相當(dāng)重要。當(dāng)模型車(chē)的速度遇到一個(gè)新的瓶頸，在嘗試了新的控制策略、提高舵機(jī)響應(yīng)等各種方法都沒(méi)有效果時(shí)，就不要忽視了機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的因素，應(yīng)及時(shí)檢查運(yùn)動(dòng)部件是否出現(xiàn)松動(dòng)，兩車(chē)輪轉(zhuǎn)角是否符合，并作出相應(yīng)的改進(jìn)。一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)必然要經(jīng)歷不斷的調(diào)試與修改，小隊(duì)成員都在不斷努力，經(jīng)過(guò)接近半年的努力，相信，在即將到來(lái)的比賽中會(huì)取得成功，也許的知識(shí)還不夠豐富，思維還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，硬件技術(shù)還不夠精湛，但是堅(jiān)信，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作，一定會(huì)取得更高的成就，也認(rèn)識(shí)到要做好一件事情，只有和是完全不夠的，還要有持之以恒的毅力和不辭辛苦的精神，特別是部分的調(diào)試，沒(méi)有冷靜的頭腦和縝密的思維，是不可能編寫(xiě)出結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦虻?。這一部智能車(chē)和這一份技術(shù)報(bào)告，凝結(jié)了小隊(duì)每一位成員的汗水和智慧。我相信它們會(huì)成為珍貴的。[1].實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[LC／OS-Ⅱ(第2版)[M]. [2] 單片機(jī)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)方法[M]．．[3].電的單片機(jī)控制[M]．.航空航天大學(xué)[4]，.汽車(chē)構(gòu)造[M]..機(jī)械工業(yè)[5]，．S12單片機(jī)模塊應(yīng)用及程序調(diào)試[J].電子產(chǎn)品世界.2006．第[6]童詩(shī)白，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]． 高等教育沈長(zhǎng)生．常用電子元器件使用一讀通[M]． 人民郵電宗光華．機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]． 航空航天大學(xué)等．Pro高級(jí)應(yīng)用[M]．.人民郵電 汽車(chē)?yán)碚揫M]．．機(jī)械工業(yè)}}COPYRIGHT(c) 2010BYLSTC.- -LeshanTeachersCollegeSmartcarLabDesignedbyLiFuGang#include<hidef.h> /*commondefinesandmacros*/#include<MC9S12XS128.h> /*derivativeinformation*/ #pragmaLINK_INFODERIVATIVE void{{}COPYRIGHT(c) 2010BYLSTC.--S-LeshanTeachersCollegeSmartcarLabDesignedbyLiFuGang void{ucharucharblack_number;{{{}}}elseif(pre_position<=-{{{}}程序源代{{{}}} {{{}}}{}{

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