文稿教程講稿

關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說(shuō)日 第一章整車(chē)設(shè)計(jì)概 設(shè)計(jì)思 技術(shù)方 第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí) 舵機(jī)的安 編的安 頭的安 前輪定位參 輪胎選 紅外濾光片的選 第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí) 硬件電路概 硬件設(shè)計(jì)框 傳感器的選 3.3.1頭的選 編的選 電路實(shí)現(xiàn)方 供電系 最小系 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系 頭速度反 第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí) 軟件設(shè)計(jì)框 速度控 方向控 PID參數(shù)整 圖像處 4.5.1預(yù)處 二值化處理及判別分 信標(biāo)燈位置計(jì) 第五章開(kāi)發(fā)與調(diào) 開(kāi)發(fā)環(huán) 調(diào)試工 第六章主要技術(shù)參 參考文 附錄：部分程序代 在不久的將來(lái)會(huì)成為汽車(chē)生產(chǎn)和汽車(chē)市場(chǎng)的主品。大學(xué)生“”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽是以“立足培養(yǎng)、重在參與、鼓勵(lì)探索、追求卓越”為，鼓勵(lì)創(chuàng)新的一項(xiàng)科技競(jìng)賽活動(dòng)，已經(jīng)進(jìn)行到第十一屆。在繼承和總結(jié)前十屆比賽實(shí)踐的基礎(chǔ)上，競(jìng)賽努力拓展新的競(jìng)賽內(nèi)設(shè)計(jì)思向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車(chē)模上安放的磁標(biāo)進(jìn)入信標(biāo)附近的感應(yīng)線圈后，比賽系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切組別的優(yōu)勢(shì)在于場(chǎng)地內(nèi)的信標(biāo)會(huì)發(fā)出紅色和紅外光線，所以車(chē)模只需要法，并在設(shè)計(jì)制作的B車(chē)模上完成了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了既定的功能。硬硬件軟件技術(shù)方我們選用了動(dòng)力性較好的B車(chē)模。B車(chē)模精度不是很高，因此在規(guī)則允許基于車(chē)模安裝要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的電路板高度集中，電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和傳感器采用了OV7620頭用來(lái)圖像和龍邱LQ_ECM 512線增量式編用來(lái)轉(zhuǎn)速。OLED顯示屏來(lái)顯示系統(tǒng)狀態(tài)，按鍵來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，SD卡數(shù)據(jù)，藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)從而觀測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。1-2別控制電機(jī)和舵機(jī)從而分別控制速度和方向。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-3。1-31-4舵機(jī)的安跡近似于某空間曲線。空間連桿機(jī)構(gòu)的分析綜合均較平面連桿機(jī)構(gòu)復(fù)雜，間連桿機(jī)構(gòu)分析中重要而又的問(wèn)題是位移分析。對(duì)多于4桿的空間連桿機(jī)7R機(jī)構(gòu)，由輸入求輸出位移的代數(shù)方程式高達(dá)32次。ADAMS軟件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，得到了合適的舵機(jī)安裝位置和擺臂長(zhǎng)度，如圖2-1。2-1編的安編，防止嚙合錯(cuò)位，保證嚙合齒輪軸的平行度與傳動(dòng)的平滑性。將其安裝在尾部的圖2-2編安裝頭的安頭是整輛車(chē)的眼睛，頭的安裝是最重要的。頭的安裝要求使得頭位于整個(gè)車(chē)模的中心位置，而且高度要適合于圖像和處理。通過(guò)多組對(duì)比試驗(yàn)，我們最后決定使用單桿結(jié)構(gòu)來(lái)固定頭，單桿使得整個(gè)支架十分簡(jiǎn)約，但也會(huì)帶來(lái)頭易抖動(dòng)的問(wèn)題。這時(shí)，單桿與底盤(pán)之間的連接可靠性就顯得尤為重要。頭的高度也會(huì)影響其抖動(dòng)，架的越高則越容易抖的我們架低了頭使之與地面的距離在250mm左右。頭與單桿之間的連內(nèi)，為此我們?cè)O(shè)計(jì)和制作了一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。頭支架安裝如圖2-3所示。圖2-3頭桿固定支前輪定位參主銷(xiāo)內(nèi)傾(KingpinInclination)是在汽車(chē)橫向平面內(nèi)，主銷(xiāo)軸線上端略向內(nèi)傾轉(zhuǎn)向輪外傾角(Camber)對(duì)的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響,它的作用是提高轉(zhuǎn)向壞。所以事先將車(chē)輪校偏一個(gè)外八字角度，這個(gè)角度1°左右。但是，對(duì)于4個(gè)參數(shù)都能人為設(shè)定，車(chē)模本身已經(jīng)輪胎選B車(chē)模采用的是降低了整車(chē)的附著系數(shù)，使車(chē)模的穩(wěn)定性。因此我們?cè)诎惭b輪胎的時(shí)紅外濾光片的選10Hz，紅外光40kHzLED5050IRC‐85L850nm最20‐80mA相當(dāng)。LED驅(qū)動(dòng)電流波形都是占空比為50%的波形，紅色LED的頻率為10Hz,紅外LED頻率為40kHz。為了最大限度的濾除環(huán)境光對(duì)傳感器的影響，我們采用了850nm2-42-5硬件電路概MK60FX512ZVLQ15，使用一LM1117-3.3產(chǎn)生3.3V電壓為單片機(jī)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)復(fù)位或跑飛現(xiàn)象。另LM2940給編碼器、藍(lán)牙、OLED供電，舵機(jī)LM1084-ADJ供電。調(diào)試過(guò)程中，采用人機(jī)交3-1硬件設(shè)計(jì)框3-2傳感器的選頭的選OV7620CMOS彩色／黑白圖像傳感器。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式，VGAQVGA664×49230fps；數(shù)據(jù)格式包括YUV、YCrCb、RGB三種，能夠滿足一般圖像系統(tǒng)的要求。OV76202Y[7..0]UV[7..0]，其中對(duì)于數(shù)據(jù)口Y[7..0]，輸出的是灰度值Y，對(duì)于UV[7..0]輸出的色度信號(hào)UV。下圖給出了像OV7620CMOS彩色／黑白圖像傳感器。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方編的選要用于精度高，帶寬大，測(cè)量范圍廣的編，測(cè)速的編。龍邱LQ_ECM _SDZ512線增量式編具有體積小，質(zhì)量輕，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，外殼直徑14mm，長(zhǎng)度18mm，戰(zhàn)勝大個(gè)頭光電式編，輸出型號(hào)類(lèi)型為CMOS信號(hào)，能力強(qiáng)，不需上拉電阻直接和單片機(jī)連接，供電電壓3.3V到5V可選，編可輸出編的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，即不需要正交也可以完成方向識(shí)別，同時(shí)該編也可正交。同時(shí)最大1000rpm，滿足B車(chē)的圖3-3編實(shí)物電路實(shí)現(xiàn)方供電系3-4高、損耗小、可以降壓也可以升壓，但是交流紋波稍大些。智能汽車(chē)競(jìng)賽統(tǒng)一配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)模用7.2V2000mAhNi-cd供電，而單片機(jī)系統(tǒng)使用的是3.3V的電源。編碼器OLE液晶，頭均需要5V電源，伺服4V6V（為提高伺服電機(jī)響應(yīng)速度，且防止燒壞伺服舵5V供電）7.2V2000mAhNi-cd蓄電池直接供3-5LM2940LDO最大的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，相較開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓波紋小，電壓穩(wěn)定，且輸3.3V供電我們采用了TPS7333固定3.3V線性穩(wěn)壓該輸出電流在0到500mA之間，作為主控的供電已經(jīng)足夠，且為了保證K60最小圖3-6TPS輸出比TPS7333的最小壓降，故直接將電池電壓進(jìn)行穩(wěn)壓到3.3V是不可行的，會(huì)一定程度上增大功耗，增加發(fā)熱量，不利于LM2940穩(wěn)壓得到的5V進(jìn)行再次降壓得到穩(wěn)定的3-7最小系3-8最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)工作的，它的穩(wěn)定性關(guān)系整個(gè)小車(chē)的穩(wěn)定性，故其電路的設(shè)計(jì)必須十分可靠，根據(jù)技術(shù)資料該共有11個(gè)VCC和GND，為了VCC與GND，從而使電源更加穩(wěn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系可至約20A,mos管完全滿足B車(chē)電機(jī)使用電流要求。3-11舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系3-125V供電，實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)舵機(jī)很少出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，舵機(jī)電壓穩(wěn)壓我們最終采用的是LM1084ADJ可調(diào)線性穩(wěn)壓。Vout=1.25v?(1 3-14LM1084的壓降與輸出電流的關(guān)系曲線，由此可見(jiàn)輸出電流越大，LM1084電壓波紋度與功耗大小的關(guān)系，根據(jù)曲線關(guān)系，可以其噪聲在可控范圍之內(nèi)，我們選取了直插封裝便于散熱，綜合各方面可以作為較好的舵機(jī)穩(wěn)壓。3.4.5圖3-15頭電路FPC軟排線和排座，能夠有效簡(jiǎn)化電路，且軟排線彎曲靈活，偏差，屬正常情況，故我們的電池一般使用到7.5V便需要更換。3.4.6速度反圖3-16編信號(hào)輸出速度閉環(huán)需要編進(jìn)行速度反饋以達(dá)到速度設(shè)定和控制的目的，根據(jù)編圖3-17編接軟件設(shè)計(jì)框各傳感器信號(hào)、處理他們同全局變量實(shí)現(xiàn)互相的通訊，如圖4-1所示。4-1速度控PID控制算PIDPID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量Δe(k)=e(k)-e(k-1)

式式一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期T在選定后就不再改變，所以，一旦確定Kp、Ti、Td3次測(cè)量的偏差值即可由式(3)或式(4)求出控制增量。增量式算法優(yōu)點(diǎn)：1、算式中不需要累加?？刂圃隽喀(k)的確定僅與最近3次的采樣值有關(guān)，容易通過(guò)處理獲得比較好的控制效果；2、計(jì)算機(jī)每次只輸嚴(yán)重影響生產(chǎn)過(guò)程；3、手動(dòng)—自動(dòng)切換時(shí)沖擊小。當(dāng)控制從手自動(dòng)切換時(shí)， 方向控那些純滯后較大的區(qū)域里，微分項(xiàng)是為力，而在測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性PID1）先整定比例部分:KpPID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)（Ki=0、Kd=0）Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩，且系統(tǒng)反應(yīng)快，超調(diào)小。記錄此時(shí)的比例系數(shù)Kp，設(shè)定PID的比Ki一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮小(如縮小為原值的0.8消除。3）加入微分控制：若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜態(tài)誤差，但動(dòng)態(tài)過(guò)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在來(lái)進(jìn)行PID參數(shù)的整定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，有較好的效果。圖像處預(yù)處4-2OV7620對(duì)于OV7620，只關(guān)心場(chǎng)中斷信號(hào)VSYN、行中斷信號(hào)HREF、像素中斷信號(hào)PCLK的波形。VSYN的周期是16.64ms，高電平時(shí)間為換場(chǎng)時(shí)間，約80us；低電平時(shí)間內(nèi)像素輸出。在VSYN脈沖時(shí)，既可以上升沿，也可以下降沿，下降沿更準(zhǔn)確些，這也是一場(chǎng)的開(kāi)始。從VSYN的周期可以算出，1s/16.64ms=60幀，OV762060幀/s。HREF63.6us，高電平時(shí)間為像素輸出時(shí)間，約47us；低電平時(shí)間為換行時(shí)間，因此HREF一定要采集其上升沿，下降沿后的數(shù)據(jù)是無(wú)效的。從HREF的周期可以算出，73ns，高電平輸出像素，低電平像素?zé)o效。PCLK是一直輸出的，因此一定要在觸發(fā)VSYN并且觸發(fā)HREF以后，再去捕捉PCLK才能捕捉到像素?cái)?shù)據(jù)。從PCLK的周期可以算出，47us/73ns≈640，可以算出每行圖像中有640個(gè)像二值化處理及判別分二值化是圖像分割的法，即將256個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)同的閾值，運(yùn)算后得到的結(jié)果圖像是完全不同的。由于智能車(chē)運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)最大類(lèi)間方差法是由學(xué)者大津(NobuyukiOtsu)于1979年，是一2部分。背景和目標(biāo)之間的類(lèi)間方差越大,2部分的差別越大,信標(biāo)燈位置計(jì)到的圖像分析：信標(biāo)燈是半球形，所以處理得到的二值化圖像會(huì)表現(xiàn)為燈的位置為一團(tuán)接近圓形的白域。由于濾光片過(guò)濾了所有雜點(diǎn)，所以圖開(kāi)發(fā)環(huán)IAREmbeddedWorkbench（IAR）C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是今天世界最完整的和最容易使用專(zhuān)業(yè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。IARSystems是全球領(lǐng)IAR對(duì)不同的微處理器提供一樣直觀用戶界面。IARSystems提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開(kāi)發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。IAR今天已經(jīng)支持35種以上的8位/16位32ARM的微處理器結(jié)構(gòu)，我們使用IARDebug效率和實(shí)時(shí)查看變量數(shù)值等優(yōu)點(diǎn)。IARSystems調(diào)試器（Debugger）BDM連接到我們?cè)O(shè)計(jì)的智能小車(chē)控制電路板上，這樣我們就可以實(shí)時(shí)讀到K60微控制器中寄存器的狀態(tài)、變5-1IARAltiumDesigner除了全面繼承包括Pro99SE、ProDXP在內(nèi)的先前一板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGAPCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集AltiumDesignerPro軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了FPGA設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能，AltiumDesigner對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求5-2AltiumDesigner調(diào)試工FreeCarsFreeCars團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)用于Freecars17個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示，非常適用于智能車(chē)的調(diào)試，同時(shí)該上位機(jī)提供頭圖像查看、5-3Freecars高度寬度質(zhì)量2(包括1個(gè)頭，1個(gè)編 算機(jī)、機(jī)械及車(chē)輛工程等多個(gè)學(xué)科。本文采用的控制是一款飛思半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位微控制器——MK60FX512VLQ15，利用了微控制器的強(qiáng)大功能實(shí)了對(duì)智能小車(chē)的高速控制，從最終來(lái)看，本系統(tǒng)具有較好的控制性能發(fā)出通過(guò)驅(qū)動(dòng)使車(chē)模維持在一定速度；控制車(chē)模方向--通過(guò)控制舵機(jī)使車(chē) [1]黃開(kāi)勝等.學(xué)做智能車(chē).：航空航天，2007年3月第1版第十一屆大學(xué)生“”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽處，競(jìng)速比賽規(guī)則與賽ARMCortexM4嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐-基于飛思K60系列微控制器林編著:強(qiáng)著.C程序設(shè)計(jì) :，宋雪峰，，.面向智能交通系統(tǒng)的圖像處理[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用.2001年09期.余燦鍵，，.PID算法在智能汽車(chē)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用.——《學(xué)做智ToddD.Motton.嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller[M].:科學(xué)社.2003年8月第1版.COPYRIGHTCopyright(c)Allrights OLED #include"include.h"staticvoid staticvoid static static static static static static static static static static uint8 uint8LCD uint8Page2_Var_NUM; MASelect};//定義函數(shù)指針，用于保存命void { }void{ MainRefreshNum=={ }else MainRefreshNum=={//OLED_ }} { OneRefreshNum=={ }{OLED_ }} { TwoRefreshNum=={ }{OLED_ }} { ThreeRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FourRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FiveRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SixRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SevenRefreshNum=={ }{ }} { EightRefreshNum=={ }{OLED_ }} { {LCD}{ }} { { }{ }} { MASelectRefreshNum=={ {OLED_P6x8Char(40,5,'');}{OLED_P6x8Char(40,3,'');}}{ }}void { OLED_Fill_0(90u,6u,6);OLED_Fill_0(90u,6u,6); OLED_P6x8Str_ch(45,2,"SD_ON { { } } }void {KeyEvent[ }void { }void { }void { }void { }voidLCD { }void { {}{{}{}}}void { }void