第十一屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽電磁組技術(shù)報告

第十一屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智

能汽車競賽電磁組技術(shù)報告學(xué)校：南昌大學(xué)隊伍名稱：不倒的土豆參賽隊員：王夢華晁睿杰汪佳宇指導(dǎo)老師：楊曉輝朱自偉第十一屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智

能汽車競賽電磁組技術(shù)報告學(xué)校:隊伍名稱:參賽隊員:屎,

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費拘

椀朱指導(dǎo)老師:關(guān)于技術(shù)報告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第十屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會和恩智浦半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、技術(shù)報告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。參賽隊員簽字：王夢華晁睿杰汪佳宇指導(dǎo)老師簽字： 楊曉輝朱自偉日 期：2016年8月10日關(guān)于技術(shù)報告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第I?屆“恩科浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽片本人，比賽組委會和恩智浦半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)I頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、技術(shù)報告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。參賽隊員簽字：L學(xué)*魚族區(qū)丘守指導(dǎo)老師簽字：局或擲朱自強_日期：__ 引5日第一章概述及設(shè)計思路概述 整車設(shè)計思路 控制系統(tǒng) 2整車布局 1.2.3電磁組的主要特點 第二章硬件設(shè)計 2.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 ft..ft..海取

可簡美

1232.2傳感器方案 2.2.1磁場檢測傳感器 2.2.2賽道檢測傳感器布局 3主板電路設(shè)計 2.4姿態(tài)模塊傳感器 1陀螺儀加速計 第三章軟件設(shè)計 1原理分析 .1.1車模平衡控制 .1.3車模方向控制 第四章機械 1制作情況概述 2系統(tǒng)機械方案選定4.3車模的機械結(jié)構(gòu) 4.3.1車模的機械結(jié)構(gòu) 4.3.2電感支架 4.3.3陀螺儀加速計的安裝 4.3.4齒輪咬合與車胎處理 第五章系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境與車模的調(diào)試 開發(fā)環(huán)境 上位機軟件 第六章車模的主要參數(shù) 智能汽車外形參數(shù) 智能汽車技術(shù)參數(shù) 附件1 1\主程序： 參考文獻 第一章引言概述“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競速競賽，前身是“飛思卡爾”智能汽車競速競賽，今年進行到第十一屆，幾年經(jīng)驗的積累使得比賽形式豐富，比賽規(guī)則比較完善，為廣大同學(xué)提供了一個良好的學(xué)習(xí)提高的平臺。第十一屆大賽，延續(xù)往年第七屆的規(guī)則，電磁車為直立行走模式，以100mA的交變電流為賽道,自主開發(fā)檢測傳感器，檢測賽道信息。為響應(yīng)教育部關(guān)于加強大學(xué)生的創(chuàng)新意識、合作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的號召，我們組隊積極參加了第十一屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車電磁組的比賽。從20115年11月開始著手進行準(zhǔn)備，歷時近10個月，鑒于電磁組與光電、攝像頭在檢測方法上有本質(zhì)的不同，我們在傳感器設(shè)計上采用電感線圈檢測磁場，通過在多個點布置不同方向的檢測傳感器獲取賽道信息，利用所獲取的信號進行處理，實現(xiàn)對賽車轉(zhuǎn)向、速度進行控制。同時，我們利用前幾屆比賽積累下的經(jīng)驗，繼續(xù)加強在電源管理、噪聲抑制、驅(qū)動優(yōu)化、整車布局等方面的研究工作，使智能車能夠滿足高速運行下的動力性和穩(wěn)定性需求，獲得了良好的綜合性能和賽場表現(xiàn)。本技術(shù)報告將針對我們的傳感器信號處理設(shè)計安裝、底盤參數(shù)選擇、電路設(shè)計、控制軟件主要理論、控制算法等方面進行闡述，并列出了模型車的主要技術(shù)參數(shù)。整車設(shè)計思路控制系統(tǒng)智能車的工作模式：電磁傳感器獲取賽道某點電磁特性，信號輸入到k60控制核心進行進一步處理以獲得賽道信息；通過旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)速傳器檢測車速;第十一屆全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報告電機轉(zhuǎn)速控制采用PI控制，通過PWM控制驅(qū)動電路調(diào)整電機的功率。整車布局鑒于賽車和賽道的特點，并且車模特性，今年在整車布局上仍延續(xù)基本布局的思路，采用低重心緊湊型設(shè)計。為調(diào)整整車重心位置，采用碳桿支撐電磁傳感器，減小轉(zhuǎn)動慣量。在降低整車重心方面采用了低位的布局，同時設(shè)計了強度高質(zhì)量輕的電磁傳感器安裝架，減輕信號采集電路板重量。圖1-1

圖1-2電磁組的主要特點1、傳感器信號為模擬值電磁組需要檢測的信號為大小lOOMa,頻率為20KHz的方波信號，賽道有大仙鋪成，導(dǎo)線周圍分步著交流變化的磁場，由于賽道的各種形狀，使得磁場發(fā)生疊加，不同的賽道形狀不同的特征磁場，如下圖為十字赴京的磁場。賽道信息相對于傳統(tǒng)黑白線具有信號可以提供模擬信息的優(yōu)勢，我們利用電磁賽道這種優(yōu)勢，完善小車控制算法，達到了較好的控制效果。圖1-32、傳感器信號具有方向性磁場是矢量，在空間的分布為具有方向性，所以傳感器檢測到的信號也具有特定的方向性。在實際檢測的時候發(fā)現(xiàn)，不同方向傳感器的變化規(guī)律有很大的不同，這也和磁場的分量變化規(guī)律相一致。比如，磁場垂直分量變化的比較早，但是受相鄰賽道的影響較大，而磁場的水平分量恰好相反。第二章硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)總體設(shè)計可靠可靠是系統(tǒng)設(shè)計的第一要求，我們對電路設(shè)計的所有環(huán)節(jié)都進行了如下的改進和設(shè)計：電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓性能、紋波噪聲的去處、功率的充足提供的可靠性等；主控系統(tǒng)的電路優(yōu)化，減少電路元件的體積和用量，減少不穩(wěn)定因素；動力系統(tǒng)的動力性能可靠性，如加速、制動等性能會有大幅度的改善，為整車的性能提升提供充足的保證；做好各部分的接地、屏蔽、濾波等工作，將高速數(shù)字電路與模擬電路分開，使本系統(tǒng)工作的可靠性達到了設(shè)計要求；傳感器的性能穩(wěn)定，保證整車數(shù)據(jù)流的準(zhǔn)確可靠；簡潔為了盡量減輕整車重量，降低模型車的重心位置，應(yīng)使電路設(shè)計盡量簡潔，盡量減少元器件使用數(shù)量，縮小電路板面積，使電路部分重量輕，易于安裝。我們在對智能車系統(tǒng)進行分析后可以通過以下幾點來進行對系統(tǒng)簡潔處理:智能車機械結(jié)構(gòu)的簡化，這需要我們設(shè)計出更加精巧、靈活的機械構(gòu)件，提高智能車的精度，提高智能車的制作工藝，簡化智能車的機械復(fù)雜程度。在對智能車硬件電路系統(tǒng)進行了詳細分析后，通過認(rèn)真篩選所用器件、簡化電路、合理設(shè)計元件排列、電路走線，最終的硬件電路板采用貼片封裝形式，使本系統(tǒng)硬件電路部分輕量化和機械強度部分的指標(biāo)達到設(shè)計要求。美觀一個好的設(shè)計應(yīng)該是能給人以美感的。除了滿足基本的設(shè)計要求之外，我們還對元器件的擺放位置做了大量的嘗試，使得整個電路較為美觀。

圖2-1電路板3D圖2.2傳感器方案2.2.1磁場檢測傳感器使用10mH電感和6.8nF電容并聯(lián)諧振，來感應(yīng)20KHz的磁場信號，經(jīng)放大電路放大后，得到正弦波，再用AD采樣，得到正弦波的峰值，以判斷傳感器離導(dǎo)線的距離，從而定位導(dǎo)線。由于官方給出的三極管放大電路不易調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，檢波電路信號變化速度較慢，我們決定使用運放放大直接由AD采

樣。電路圖如下。運放使用了TL082雙運放，能夠?qū)⑿盘柗糯髱浊П叮梢詽M足探測的需要。圖2-2磁場檢測傳感器電路圖2.2.2賽道檢測傳感器布局電磁傳感器測出的信號為當(dāng)前所在位置的某個方向的磁場信息，所以傳感器的布局至關(guān)重要。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傳感器相距較大，視角寬，得到的賽道信息量大。所以，采用盡量架寬主要傳感器的方式，以獲得豐富的賽道信息，并且提前預(yù)知賽道形狀。2.3主板電路設(shè)計2.3.1電源模塊電機是直接接電池，編碼器5v,磁感采集模塊5V,單片機系統(tǒng)是3.3v。這里我們使用了TPS7350和TPS7333兩種穩(wěn)壓芯片。UI0S05封裝LI-t15V.TO.3JVloouii干■==C4]lOuFIMMAGND5VFOR3.3V5v轉(zhuǎn)3JV電源?惑采集UI0S05封裝LI-t15V.TO.3JVloouii干■==C4]lOuFIMMAGND5VFOR3.3V5v轉(zhuǎn)3JV電源?惑采集7_2V電源MOTORSOUT3DOUT4DAGND3.3V電源電機電源系統(tǒng)板OLED等r-MoloxA(iND5V電源電機2440碼國董牙電源模塊圖2-3主板電源2.3.2驅(qū)動模塊電機驅(qū)動使用BTS796EBTS7961為集成MOS驅(qū)動，其外部電路接線簡單,性能穩(wěn)定。圖2-4BTS7961驅(qū)動原理圖2.3.3最小系統(tǒng)我們?yōu)榱斯?jié)約成本，使用了自我制作的最小系統(tǒng)。C5C3二二二二rn2usmCdmaixCdtj二，?二ado-圖2-4BTS7961驅(qū)動原理圖2.3.3最小系統(tǒng)我們?yōu)榱斯?jié)約成本，使用了自我制作的最小系統(tǒng)。C5C3二二二二rn2usmCdmaixCdtj二，?二ado-e詈迪?需需osc-；:一爵

1號=\：-

tzzzz；|0 4圖2-5K60最小系統(tǒng)2.4姿態(tài)模塊傳感器2.4.1陀螺儀加速計加速度計和陀螺儀是車體直立必須的信息反饋器件，根據(jù)競賽規(guī)則要求，本組選用的是Freescale公司的MMA8451三軸加速度傳感器和MPU3050陀螺儀。原理圖如圖所示圖2-6陀螺儀加速計原理圖第三章軟件設(shè)計3.1原理分析電磁組比賽要求車模在直立的狀態(tài)下以兩個輪子著地沿著賽道進行比賽，相比四輪著地狀態(tài)，車模控制任務(wù)更為復(fù)雜。為了能夠方便找到解決問題的辦法，首先將復(fù)雜的問題分解成簡單的問題進行討論。根據(jù)比賽規(guī)則要求，維持車模直立也許可以設(shè)計出很多的方案，本參考方案假設(shè)維持車模直立、運行的動力都來自于車模的兩個后車輪。后輪轉(zhuǎn)動由兩個直流電機驅(qū)動。因此從控制角度來看，車模作為一個控制對象，它的控制輸入量是兩個電極的轉(zhuǎn)動速度。車模運動控制任務(wù)可以分解成以下三個基本控制任務(wù)，如圖所示：速度控制通過調(diào)節(jié)車模候角來實現(xiàn).線性疊加形成一組I驅(qū)動電機速度控制通過調(diào)節(jié)車模候角來實現(xiàn).線性疊加形成一組I驅(qū)動電機將艮雜任務(wù)分解成三個簡單任務(wù)圖3-1車模任務(wù)分解(1)控制車模平衡：通過控制兩個電機正反向運動保持車模直立平衡狀態(tài)；（2）通過調(diào)節(jié)車模的傾角來實現(xiàn)車模速度控制，實際上最后還是演變成通過控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)車輪速度的控制。（3）控制車模方向：通過控制兩個電機之間的轉(zhuǎn)動差速實現(xiàn)車模轉(zhuǎn)向控制。車模直立和方向控制任務(wù)都是直接通過控制車模兩個后輪驅(qū)動電機完成的。假設(shè)車模電機可以虛擬地拆解成兩個不同功能的驅(qū)動電機，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、左右方向。在實際控制中，是將控制車模直立和方向的控制信號疊加在一起加載電機上，只要電機處于線性狀態(tài)就可以同時完成上面兩個任務(wù)。車模的速度是通過調(diào)節(jié)車模傾角來完成的。車模不同的傾角會引起車模的加減速，從而達到對于速度的控制。三個分解后的任務(wù)各自獨立進行控制。由于最終都是對同一個控制對象（車模的電機）進行控制，所以它們之間存在著耦合。為了方便分析，在分析其中之一時假設(shè)其它控制對象都已經(jīng)達到穩(wěn)定。比如在速度控制時，需要車模已經(jīng)能夠保持直立控制；在方向控制的時候，需要車模能夠保持平衡和速度恒定；同樣，在車模平衡控制時，也需要速度和方向控制也已經(jīng)達到平穩(wěn)。這三個任務(wù)中保持車模平衡是關(guān)鍵。由于車模同時受到三種控制的影響，從車模平衡控制的角度來看，其它兩個控制就成為它的干擾。因此對車模速度、方向的控制應(yīng)該盡量保持平滑，以減少對于平衡控制的干擾。以速度調(diào)節(jié)為例，需要通過改變車模平衡控制中車模傾角設(shè)定值，從而改變車模實際傾斜角度。為了避免影響車模平衡控制，這個車模傾角的改變需要非常緩慢的進行。這一點將會在后面速度控制中進行詳細討論。車模平衡控制控制車模平衡的直觀經(jīng)驗來自于人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗。一般的人通過簡單練習(xí)就可以讓一個直木棒在手指尖上保持直立。這需要兩個條件：一個是托著木棒的手掌可以移動；另一個是眼睛可以觀察到木棒的傾斜角度和傾斜趨勢（角速度）。通過手掌移動抵消木棒的傾斜角度和趨勢，從而保持木棒的直立。這兩個條件缺一不可，實際上就是控制中的負(fù)反饋機制，如圖：

圖3-2生活直立經(jīng)驗車體向左 0車體向右圖3-2生活直立經(jīng)驗傾斜，車 卜傾斜，車輪向左加 ]四輪向右加速運行. [L速運行.(0)=>圖3-3運動車模平衡為了使運動的車模保持平衡，可以通過建立車模的運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計反饋控制來保證車模的平衡。為了使得同學(xué)們能夠比較清楚理解其中的物理過程。下面通過對比單擺模型來說明保持車模平衡的控制規(guī)律。單擺模型◎⑥分。 車模底部可以運單擺模型◎⑥分。 車模底部可以運動的倒立單擺圖3-4車模簡化成倒立的單擺車模速度控制對于直立車模速度的控制相對于普通車模的速度控制則比較復(fù)雜。由于在速度控制過程中需要始終保持車模的平衡，因此車模速度控制不能夠直接通過改變電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。下面先分析一下引起車模速度變化的原因。假設(shè)車模在上面直立控制調(diào)節(jié)下已經(jīng)能夠保持平衡了，但是由于安裝誤差，傳感器實際測量的角度與車模角度有偏差，因此車模實際不是保持與地面垂直，而是存在一個傾角。在重力的作用下，車模就會朝傾斜的方向加速前進。圖2-2顯示了這個關(guān)系?？刂扑俣戎灰ㄟ^控制車模的傾角就可以實現(xiàn)了。車模方向控制實現(xiàn)車模方向控制是保證車模沿著競賽道路比賽的關(guān)鍵。直立車模所在的電磁組的道路中心線鋪設(shè)有一根漆包線，里面通有100mA的20kHz交變電流。因此在道路中心線周圍產(chǎn)生一個交變磁場。通過道路電磁中心線偏差檢測與電機差動控制實現(xiàn)方向控制，從而進一步保證車模在賽道上。1、道路電磁中心線的偏差檢測道路電磁中心線檢測簡單的方法可以通過安裝在車模前方的兩個電磁感應(yīng)

線圈實現(xiàn)。線圈一般采用10mh的工型電感。4MMs應(yīng)紈國4MMs應(yīng)紈國lOmHx2工字型電感圖3-5檢測賽道中心電磁線方式2、電機差動控制利用電磁線偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進行加和減，形成左右輪差動控制電壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向。3,方向控制算法方向控制算法根據(jù)車模檢測到電磁感應(yīng)電壓來生成電機差動控制量。通過左右電機速度差驅(qū)動車模轉(zhuǎn)向消除車模距離道路中心的偏差。通過調(diào)整車模的方向，再加上車前行運動，可以逐步消除車模距離中心線的距離差別。這個過程是一個積分過程，因此車模差動控制一般只需要進行簡單的比例控制就可以完成車模方向控制。但是由于車模本身安裝有電池等比較重的物體,具有很大的轉(zhuǎn)動慣量，在調(diào)整過程中會出現(xiàn)車模轉(zhuǎn)向過沖現(xiàn)象，如果不加以抑制，會使得車模沖出賽道。根據(jù)前面角度和速度控制的經(jīng)驗，為了消除車模方向控制中的過沖，需要增加微分控制。微分控制就是根據(jù)車模方向的變化率對電機差動控制量進行修正的控制方式，因此需要增加車模的轉(zhuǎn)動速度檢測傳感器?？梢允褂猛勇輧x傳感器進行檢測。由于電磁導(dǎo)引線的磁場強度與檢測線圈的距離和方向都有關(guān)系。當(dāng)車模的方向偏差很大的時，比如在車模前方出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎的時候，檢測線圈中軸線與電磁導(dǎo)引線不再垂直，出現(xiàn)一個很大的角度偏差。此時兩個檢測線圈的感應(yīng)電動勢都下降。為了更能準(zhǔn)確反映車模重心距離電磁線纜的距離差別，避免角度的影像,在進行方向控制時，使用左右兩個線圈感應(yīng)電動勢之差除以左右兩個線圈感應(yīng)電動勢之和，使用該比值進行方向控制。這樣可以消除檢測線圈角度的影響。第四章機械4.1制作情況概述根據(jù)第十一屆智能汽車競賽的規(guī)則，本組選用比賽方提供的E型車模，采用飛思卡爾32位微控制器K60作為核心控制單元，自主設(shè)計主控制板和其他相應(yīng)的功能模塊電路，磁感采集的賽道信息和加速度及、陀螺儀融合的姿態(tài)信息完成對小車的直立控制、速度控制以及轉(zhuǎn)向控制，從而小車的自主循跡和對不同賽道環(huán)境的適應(yīng)。本組著重研究了兩輪平衡小車直立原理，分析了車體機械結(jié)構(gòu)對小車性能的影響，根據(jù)規(guī)則對車模進行了合理的改造，選擇比較輕便、穩(wěn)固的機械結(jié)構(gòu)。深入理解PID參數(shù)在小車控制中所發(fā)揮的作用，通過不斷調(diào)試優(yōu)化各個參數(shù)，對彎道、直角、單線等賽道元素選擇合適的處理策略，以增強小車的適應(yīng)性與穩(wěn)定性。通過對小車系統(tǒng)的整體方案、機械結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計、軟件算法等方面的實踐，闡述了本組在智能車制作中的方法與思路。在將近一年的時間里，小組成員查閱了大量資料，學(xué)習(xí)了通信、自動化、計算機、機械等多個學(xué)科的知識，培養(yǎng)了我們電路設(shè)計、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等方面的能力，以系統(tǒng)的角度看待問題，鍛煉了我們知識融合、實踐動手并付諸創(chuàng)新的能力，對今后的學(xué)習(xí)工作都有著重大的實際意義。4.2系統(tǒng)機械方案選定為了滿足比賽要求，需采用比賽規(guī)定范圍內(nèi)芯片，單一電源供電，實現(xiàn)平衡車，本組采用了如圖所示的小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。線性CCD用于采集賽道信息，可以將傳感器采集到的亮度信息轉(zhuǎn)換為電壓值；光電編碼盤用于測量小車行進的距離，根據(jù)行進的時間轉(zhuǎn)化為小車當(dāng)前速度；MPU3050是三軸陀螺儀，而MMA8451是加速度計，通過融合加速度與角速度可以控制小車直立。這些傳感器采集的數(shù)據(jù)通過12c總線傳輸?shù)終60中進行處理后，微控制器將直立控制量、速度控制量以及轉(zhuǎn)向控制量一并加在電機上，控制小車完成相應(yīng)操作。單片機通過藍牙與上位機進行串口通信，方便檢查系統(tǒng)故障和調(diào)試參數(shù)，根據(jù)比賽規(guī)則要求，

系統(tǒng)還設(shè)計有燈塔接收檢測模塊，用于發(fā)車以及停車，整個系統(tǒng)由競賽提供的標(biāo)準(zhǔn)銀銘電池作為供電模塊。TSL1401

線性CCD光電編

碼盤MPU3050MMA8451圖4T系統(tǒng)原理圖分析了解車模的大體功能，選定最優(yōu)的車模機械安裝方案。車模的機械結(jié)構(gòu)在某種程度上限制著小車的最高速度，在速度較低的情況下各種機械結(jié)構(gòu)可能沒有太大差別，當(dāng)速度逐漸加快時，相同的控制算法在不同的機械結(jié)構(gòu)上就會有不同的表現(xiàn)。對模型車的機械結(jié)構(gòu)有一個全面清晰的認(rèn)識尤為重要，先建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，再針對具體的設(shè)計方案來調(diào)整賽車的機械結(jié)構(gòu)，并在實際的調(diào)試過程中不斷的改進優(yōu)化和提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本章內(nèi)容為E型車模的結(jié)構(gòu)設(shè)計，電路板和各個傳感器的安裝。4.3車模的機械結(jié)構(gòu)4.3.1車模的機械結(jié)構(gòu)本組選用E型車模，其長度為255mm,寬度為155mm。相比之前的D車模，E車模車輪距更大，在轉(zhuǎn)向方面更有優(yōu)勢，且選用的電機型號為

RS-380,功率更大，沒有了減速齒輪組，齒輪比更小，車輪轉(zhuǎn)速更快，車速提升空間更大。圖4-2E型車模對于平衡車來說，整個車子的重心高低十分重要。過高的重心會使車子在轉(zhuǎn)向的時候容易側(cè)翻、抬輪子，容易產(chǎn)生系統(tǒng)的不穩(wěn)定；對于速度控制，很小的傾角就會產(chǎn)生較大的加速度，不利于精確地控制速度。但是車子的重心也不能過低，首先過低的重心會使車子在過坡時車底碰到坡道，其次過低的重心不利于車子迅速加速。車模上的兩個電機位置不能改變，可以改變位置的結(jié)構(gòu)只有電池和主板的位置，電感支撐桿的長度不僅影響著前瞻，也對車體的平衡有很大影響。小組在經(jīng)過多次討論與嘗試后，采用了下圖所示的機械結(jié)構(gòu)，電池和電路板置于車體之前，使車子前傾時可以更快的達到設(shè)定速度，電磁支撐桿長約45cm,正常

行進時前傾20度左右;截取車模尾部，這樣做的好處是時車子轉(zhuǎn)彎時更加靈活,較小的控制量就可以完成轉(zhuǎn)彎，可以平穩(wěn)勻速的過彎，減輕跳輪的問題，但出現(xiàn)的問題是穩(wěn)定性變差，尤其是在以較快速度過坡道時，由于車體過于輕巧，車子會脫離賽道，在空中的小車沒有著力點而失控，為此在小車底部添加配重來實現(xiàn)坡道的穩(wěn)定。圖4-3車體機械

4.3.2編碼器的安裝1厘米D軸標(biāo)準(zhǔn)2.54接口小車系統(tǒng)需要外部的速度反饋來完成控制，本組沒有采用不易使用的光電碼盤，而是采用安裝簡便的1厘米D軸標(biāo)準(zhǔn)2.54接口17厘米輸出排線圖4-4mini編碼器參數(shù)

圖4-5編碼器安裝圖4.3.3電感支架為了盡量減輕伸出車體外支架的重量，本組選用碳纖維桿作為支架材料,用熱熔膠固定在支架上，底部通過與支架垂直的碳纖維桿加固支架，防止小車

運行中支架的晃動對傳感器采集造成影響。搭建這樣的結(jié)構(gòu)可以用很輕的質(zhì)量獲得較好的穩(wěn)定度，支架的剛度也有所保證，便于拆卸與維修。電磁桿的俯仰角度影響小車的前瞻，角度低會使前瞻變變大，不利于對賽道信息的預(yù)判，相反則會使前瞻變小，但是也會帶來誤判等問題。圖4-6電磁桿4.3.4陀螺儀加速計的安裝為了最大程度減少車模運行時振動對于測量傾角的干擾，將轉(zhuǎn)向陀螺儀和加速度傳感器放在同一塊電路板上，并且將此模塊安裝在車體上而非主板上，這樣傳感器獲得的數(shù)據(jù)才是車子自身的傾角信息，而主板會由于震動引入噪聲。整個模塊安裝應(yīng)注意與車體運行時處于與水平垂直的位置，安裝的位置一定要正，盡量靠近中間，否則會使小車在轉(zhuǎn)向時造成左右轉(zhuǎn)向不均。

圖4-7陀螺儀加速計安裝4.3.5齒輪咬合與車胎處理齒輪咬合要求傳動流暢又不易打齒，使車子在行進時不會發(fā)出很大噪聲，否則會加大傳感器的噪聲，不利于小車的控制。仔細調(diào)整塑料齒輪和銅齒的間隙，經(jīng)常涂用潤滑油，及時清理齒輪間的異物，使得控制和提速更容易。在速度較快的情況下，車胎的摩擦力是限制智能車速度提升的一個因素，對車胎進行適當(dāng)?shù)拇蚰タ梢栽鰪娷囂サ哪Σ亮?，并且?jīng)常擦拭，小車過彎時不易打滑，但過大的摩擦力也不利于車子流暢的轉(zhuǎn)彎。

第五章系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境與車模的調(diào)試5.1開發(fā)環(huán)境在對程序進行開發(fā)和軟硬件聯(lián)調(diào)的過程中需要一整套的軟件開發(fā)與調(diào)試工具。程序的開發(fā)是在IAREmbeddedWorkbench下進行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)?、全芯片顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。、t?e-空2,￡、t?e-空2,￡一■"*"?B30nn，向口"—DP0RT_c?9?。口-■BVCAN.，-■BVCAN.，￡［：］'?飛”&：療。*馥片■■M-JUUN.圖5TIAR開發(fā)環(huán)境5.2上位機軟件智能車調(diào)試的過程中上位機軟件功不可沒，一個好的上位機可以查看和修改小車的各個參數(shù)，查看重要變量的曲線并且記錄小車在行進過程中電感的圖像信息，并可以進行波形分析。我們使用datascope上位機。

圖5-2datascope上位機界面第六章車模的主要參數(shù)6.1智能汽車外形參數(shù)經(jīng)改裝后，智能汽車的外形參數(shù)：車長：600mm；串寬：250mm；車重：1.0kg。6.2智能汽車技術(shù)參數(shù)智能汽車相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表項目參數(shù)車模軸距/輪距（毫米）200/140車模平均電流（勻速行駛）（毫安）3000電路電容總量（微法）1500傳感器種類及個數(shù)線性電感/3個，編碼器2個，陀螺儀一個，加速計一個，干簧管2個新增加伺服電機個數(shù)0賽道信息檢測空間精度（毫米）5賽道信息檢測頻率（次/秒）100第十一屆全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報告附件11v主程序：#include“common,h”#include"include,h”voidmain()〃車子參數(shù)(car.angle_set=120;〃設(shè)置車子姿態(tài)，平衡姿態(tài)car.anglemin=87.7;car.anglemax=163.4;car.directiond=6;car.direction_p=200;)fittingO;fitting_angle_error();car_init();〃功能初始化MPU3050_Init();//;//L3G4200_Init();//DELAY_MS(100);//MMA8451_Init();DELAY_MS(1000);{Gyroscope_self_inspection();〃陀螺儀上電自檢,DELAY_MS(10);}car_start();while(l){OLED_display();//OLED_DISPLAY_Waiting();if(Datascope_out[6]<Datascope_out[4])DataScope_Display();Datascope_out[6]=Datascope_out[4];DELAY_MS(10);))}2、中斷程序#include"common.h〃#include“include.h"

第十一屆全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報告#include"isr.h"uintl6PIT_Counter=0,LED_Counter=0,Start_Couter=0;voidPITO_IRQHandler()〃用戶代碼區(qū)PIT_Counter++;LED_Counter++;〃陀螺儀加速計數(shù)值獲取〃此變量用于將輸出速〃將速度輸出變化量平均分配〃此變量用于將輸出速〃將速度輸出變化量平均分配〃此變量用于將輸出速度平〃方向輸出度平均分配102,到電機speed_control_output();到10步10ms的控制周期中motor.DirectionControlPeriod++;均分配10步，到電機direction_control_output();motor.left_right_equalPeriod++;//make_speed_equal_output();if(LED_Counter>=500)//gpio_turn(PTB16);LED_Counter=0; 〃程序運行指示LED燈if(car.car_start_ready==1)if(Start_Couter<20)Start_Couter++;}if(LED_Counter%50==0)(gpioturn(PTA12);gpio_turn(PTB16);)//Comp_filter(); 〃互補濾波motor_set(); 〃電機控制switch(PITCounter)(break;break;break;第十一屆全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報告break;Gyroscope_Get();//MMA8451_XYZ();//L3G4200_XYZ();Kalman_filter(); 〃卡爾曼濾波blance_control(); 〃平衡控制getAD_Result();〃讀取AD值direction_control(); 〃方向控制motor.DirectionControlPeriod=0;break;case6:break;case7:break;speed_control();motor.g_nSpeedControlPeriod=0; 〃速度分配計數(shù)清零break;make_speed_equal();motor.left_right_equalPeriod=0;break;

Gyroscope_Get();//3050數(shù)據(jù)讀取MMA8451_XYZ();//L3G4200_XYZ();〃卡爾曼濾波〃平衡控制Kalman_filter();〃卡爾曼濾波〃平衡控制PIT_Counter=0;break;)default:break;IIlli if(car.car_startequally<50//// car.car_startequal1y++;if(car.car_start_ready==1)(//Start_Couter++;if(Start_Couter>=4)(car.speed_start=1;if(car.car_startequally<50){car.car_startequally++;elseif(Start_Couter==5)(//car.car_startequally=0;car.rampintervaltime=4000;〃一開機不檢測坡道1if(StartCouter==18)〃7.5s開啟賽道停車檢測(//enableirq(PORTCIRQn);)}if(car.angle>=car.angle_max)(tect_flag=1;}if(car.ramp_flag==1) 〃檢測到坡道{if(car.speedpulsecounter>=12000) 〃坡道累計脈沖car.ramp_flag=0; 〃坡道標(biāo)志清除，距離下一次坡道檢測是1500ms

TOC\o"1-5"\h\zcar.rampupflag=0; //car.ramp_down_flag=0; //car.rampintervaltime=1500;)car.rampcounterflag=0; //if(car.rampintervaltime一個坡道檢測多次一(car.rampintervaltime―;!=0) 〃控制坡道檢測時間,〃清中斷標(biāo)志位〃寫〃清中斷標(biāo)志位〃寫1清中斷標(biāo)志位PIT_Flag_Clear(PITO);}uint8tiao=0;voidPORTA_IRQHandler(){uint8n=0; 〃引腳號n=13;if(PORTA_ISFR&(1?n))(PORTA_ISFR=(1?n);if(PTA13_IN==0)第十一屆全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報告

DELAY_MS(10);if(PTA13_IN==0){//blance_p++;if(tiao==0)l：car.blanceangle-=0.2;)elsecar.directionp-=10;)//car.directiond-=1;while(PTA13_IN==0);//gpio_turn(PTC4);)//printf("\n按下按鍵\n");)n=14;if(PORTA_ISFR&(1?n))(PORTA