飛思智能車技術報告競速組光電電子科大trinity

本人完全了解第十屆“飛思”杯大學生智能汽車競賽關保留、使用技術報告和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權歸參賽者本人，比賽和飛思半導體公司可以在相關主頁上收錄并公開參賽作品的設計方案、技參賽隊員簽名：王道帶隊教師簽名：日期：2015818摘統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程。該比賽采用大賽統(tǒng)一指定的E型車模，以：智能車，MKL26Z256VLL4，TSL1401，MMA8451Q，L3G4200D第一章引 大賽介 系統(tǒng)設計框架介 第二章智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu) 智能車參數(shù)要 智能車整體參數(shù)調(diào) 編安 姿態(tài)傳感器安 第三章硬件電路設計說 單片機最小系統(tǒng)模 電源模 傳感器模 電機模 測速模 陀螺儀與加速度計模 3.7人機交互模 第四章智能車控制軟件設計說 MKL26Z256VLL4片資源簡 MKL26Z256VLL4所用模塊簡 軟件功能與框 控制算法與函 第五章系統(tǒng)開發(fā)及調(diào)試工 輔助調(diào)試工具介 系統(tǒng)調(diào) 第六章車輛主要參 第七章總 參考文 附錄：部分程序源代 -1第一章大賽賽處統(tǒng)一指定的競模套件，采用飛思半導體公司的8位、16位、32位微控制器作為控制單元，自主構(gòu)思控制方案進行系統(tǒng)設計，于電磁組；使用四輪車模通過頭器件獲得賽道信息的屬于光頭組；使 系統(tǒng)設計框架系統(tǒng)的整體模塊如圖1.2.1圖1.2.1第二章智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能車參數(shù)傳感器數(shù)量要求：傳感器數(shù)量不超過16個：光電傳感器接受單元計為1個傳感器，發(fā)射單元不計，頭算為1個傳感器；電機型號：RS-全部電容容量和不得超過2000微法；電容最高充電電壓不得超過25智能車車模選擇與整體考慮到E車模的電機功率和車模整體性具有比較大的優(yōu)勢，因此我們選擇了E車模。彎時流暢。E車模如圖2.2.1所示： 安

圖2.2.1選用可以5V工作電壓的512線mini編進行速度的測量，保證測量的精較高的穩(wěn)定性。然后調(diào)節(jié)編齒輪，使其與差速齒輪緊密咬合，增大測速的精確性，但是咬合過緊也增大了摩擦，減小了對電機做功的利用率，影響小車姿態(tài)傳感器Z軸方向存在一個分量。根據(jù)陀螺儀傾斜的方向不同，這個分量有可能是正，消除方向控制中的過沖現(xiàn)象。該陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸需要和陀螺儀的垂直縱軸保持一致。如果對車模轉(zhuǎn)向不需要進行微分控制，那么這個傳感器就可以省略。第三章機采用MKL26Z256VLL4。使用tps768505V，采用LT1763-3.33.3V為各個模塊供電，電機驅(qū)動使用BTS7971。調(diào)試過程中，采用OLED、NRF2401等單片機最小系統(tǒng)以MKL26Z256VLL4為的單片機最小系統(tǒng)是本智能車的。作scale一系列32位單片機，MKL26具有豐富的外設資源和優(yōu)異的處理圖3.1.1MKL26電源

圖3.1.2使用tps768505V，采用LT1763-3.33.3V使用TVS瞬間二極管進行電路保護，我們在調(diào)車過程中由于隊員誤操作使電池接反出現(xiàn)短路時，TVS起到了很好的電路保護作用，避免了很大的損失。圖 TPS76850穩(wěn)壓電圖 LT1763-3.3穩(wěn)壓電傳感器

圖 TVS電路保CCD是光電組小車最重要的模塊之一，能夠分辨白色的賽道及黑色的TSL1401CCD128電路統(tǒng)稱為像素每個像素所的圖像灰度值與它所感知的光強和積分時間成CCD模塊的焦距是固定的，因此要想得到清晰的圖像就需CCD輸出的數(shù)據(jù)在波形上會表現(xiàn)的比較。電機電機采用BTS7971，其應用非常簡單，只需要向第2引腳輸入BTS79714BTS7971測速

圖3.4.1本小車使用512線的mini編進行小車的測速，以保證測量精度，并且直接有方向輸出，使用方便。TPS76850為其提供5V工作電壓。陀螺儀與加速度計我們采用陀螺儀型號為L3G4200D和加速度計型號為MMA8451Q,這兩款傳感器均為數(shù)字傳感器,SPII2C圖 姿態(tài)傳感器原理人機交互為了方便調(diào)試，本車有本車NRF2401圖3.7.1第四章智能車控制軟件設計說明MKL26Z256VLL4片資源簡MKL26Z256VLL4微控制單元作為Kinetis系列的32位單片機，由標準片上設備組成，Cortex-M0+內(nèi)核，、256KB的Flash器、32KB的RAM、兩個異步串行通口、兩個串行接口，DMA模塊，TPM、LPTM定時器模塊，一組6通道的輸入捕捉或輸出捕捉的增強型捕捉定時器、兩組8106通道脈寬MKL26Z256VLL4所用模塊簡在整個系統(tǒng)設計中，用到了5個單片機基本功能模塊：時鐘模塊、輸出模塊、ADCIO鐘和內(nèi)核時鐘。當前電路板采用的是8MHz的有源晶振，因此外部晶振時鐘為定?？偩€時鐘用作片上設備的同步，而內(nèi)核時鐘則用作CPU的同步，它決void{CLKSEL=0x00;//disengagePLLtosystemPLLCTL_PLLON=1;//turnonPLLSYNR0x53;//注意VCOFRQ[7:6];SYNDIV[5:0];fVCO=+1)/(REFDIV+1);fPLL=fVCO/(2×POSTDIV);BUS=fPLL/2REFDV=0x07;//REFFRQ[7:6];REFDIV[5:0]POSTDIV=while(!(CRG_LOCK==1));//whenpllissteady,thenuseit;CLKSEL_PLLSEL=1;//engagePLLtosystem;}脈寬調(diào)制模塊有8路獨立的可設置周期和占空比的8位通道，每個通道配有專門的計數(shù)器。該模塊有4個時鐘源，能分別控制8路信號。通過配置寄存器可設置的使能與否、每個通道的工作脈沖極性、每個通道輸出的對齊方式、時鐘源以及使用方式（八個8位通道還是四個16位通道）。模塊void{E0x00;1；0設置之前先[256CLK=0xff;//用CAE0x00;0；1情CTL=0x00;//把不級//PRCLK=0x33;//時鐘預分頻，時鐘A和B與分頻結(jié)//PRCLK[0-7]PCKA[012]PCKB[45//CLKA=Busclock/(2^PCKA)CLKB=Busclock/(2^//CLKA=40M/(2^3)=5MCLKB=5MPRCLK=0x00;PER0=PER2=PER4=PER7=DTY0=0;//初始時電機占空比為0，即電機轉(zhuǎn)速為 DTY2=0;DTY4=DTY7=E=0xb5;//使}軟件功能與電機輸出4.3.1如果一旦處于直立狀態(tài)則啟動車模直立控制、方向控制以及速度控制。車模的直被均勻分配在0-4的中斷片段中。因此每個中斷片段中的任務執(zhí)行的周期為5200Hz。將任務分配到不同的中斷片段中，一方面防止這些任務累積執(zhí)行時間超過1毫秒，擾亂一毫秒中斷的時序同時也考慮到這些任務之間的時間先后順序。這些任務包括：（1）電機測速脈沖計數(shù)器與清除。累積包括車模角度計算、直立控制計算、電機輸出等。（4）車模速度控制：0-190PID節(jié)。因此，速度調(diào)節(jié)的周期為100毫秒。也就是每秒鐘調(diào)節(jié)10次。（5）車控制算法與曼濾波效果相似而且簡單，最終我們選用了互補濾波 {if(i<100){}Kt=*pOutputAngle=Kt*accel+(1‐Kt)*(*pOutputAngle‐gyro_y*}Car_PIT_PID_Out=Car_PIT_Kp*Car_PIT+void{floatfloatintnfCarSpeed,nfCarSpeedReal,nSpeedControlIntegral;fCarSpeed=(g_nSpeedLeftCe+g_nSpeedRightCe)/2;g_fCarSpeed=fCarSpeed*CAR_SPEED_CONSTANT;fDelta=g_fSpeedGet‐g_fCarSpeed;fP=fDelta*SpeedPgain;fI=fDelta*{if(fDelta<0{}}elseif(g_fSpeedControlIntegral<={if(fDelta>0{}}{}}車模方向控制利用線性CCD到的賽道中心值與車身中心值的偏差值void{staticfloatUINT8loss_flag=0;intnfDelta,nfcenter;{center=}elseif{fDelta=left_edge+half_pluscenter=left_edge+}elseif{}{}

center=right_edge‐fP=fDelta_Old=fDelta;g_fDirectionControlOutNew=fP+fD;CCD圖像處理與識別PVCCCD在白色跑道區(qū)域返回的電壓模擬量高，深色背景區(qū)域返回的電壓值較低（4.4.4.1為利用展示出到的電壓值，利用此特點提取跳變沿，再結(jié)合算法確定中心點控制轉(zhuǎn)案。如圖4.4.4.2為對數(shù)據(jù)進行一次擬合所得的系數(shù)變化。輔助調(diào)試工具方案一：直接使用 scalecodewarrior自帶的調(diào)試工具True-TimeSimulator&Real-mode，模式，還可以實時的觀察各個變量、器以及寄存器的值，但此功能還遠遠不方案二：使用串口獵人方案三：使用Labview開發(fā)工具自行設計上位機，LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview擁有非常強大的庫函數(shù)，圖像處理、機器人控制、信號使用Labview的VISA串口控件、圖形顯示控件就能實現(xiàn)下位機參數(shù)的接收和實時顯示，但僅僅是接收和顯示還不能滿足我們的需要，因此，我們還使用了Labview的文件文件I/O控件進行參數(shù)的保存，這樣，把之前的數(shù)據(jù)調(diào)出來就可以進行對比分析，十分方便，對所存數(shù)據(jù)的顯示由另外兩個子Vi來完成。調(diào)試工具的制作，除了使用Labview外，還可以使用，的數(shù)據(jù)處理能綜上，我們在最后的調(diào)試選擇了系統(tǒng)開發(fā)工具使用的IAR開發(fā)環(huán)境，如圖5.2.1所示。它能夠為單片機MK26提供與之配套的應用程序開發(fā)模塊。在目標程序的方面，通過JLINK與單片機之間的連接程序。在調(diào)試方面，使用MKL26的SWD進行調(diào)試，利用NRF2401與上位機通信實現(xiàn)運行時參數(shù)的調(diào)試，使用串口調(diào)試工具或PC的超級終端進行程序的調(diào)試。使用AltiumDesigner設計硬件電路。圖5.2.1IAR第六章CCD*1、陀螺儀*1、加速度計*1、編紅外接收管第七章經(jīng)過了近五個月的努力，我們終于完成了制作。在此，對幫助過我們的老師同學表示深深的謝意。感謝飛思公司和主辦方為我們提供了一個展們提供經(jīng)費，場地，設備。最后，向?qū)忛喌母魑粚＜医淌诒硎旧钌畹闹x邵貝貝.嵌入式實時操作系統(tǒng)[LC／OS-Ⅱ(第2版)[M].．譚浩強 語言程序設計[M].新型PID控制及其應用2002年作者：陶永華主編周金萍等 易大義,“計算方法 浙江大學俞斯樂著，“電視原理”，國防工業(yè)余永權,“單片機在控制系統(tǒng)中的應用”，電子工業(yè)卓晴，黃開勝，邵貝貝，“學做智能車”，航空航天大學邵貝貝著，“單片機嵌入式應用的開發(fā)方法余志生，“汽車理論-(第4鄧魯華等，“數(shù)字圖像處理（原書第3）”，機械工業(yè)MichaelJ.Young，“VisualC++6從到精通”，電子工業(yè)void{uint8i=ROW,j=0;allinit();gyroadj();{ plete plete)){gpio_set(PTE26,1);if(bufflag==1)imagepro(ImageBuf);gpio_set(PTE26,}if(comm==0){O} }elseprintf("Gyro_Offset=%d\n",(int)GYROSCOPE_OFFSET);printf("dGyro_Offset=%d\n",(int)DIRECTION_OFFSET);printf("G_Offset=%d\n",(int)GRAVITY_OFFSET);printf("LEFT脈沖計數(shù)為:%d\n",g_nLeftVoltageSigma);printf("RIGHT:%d\n",g_nRightVoltageSigma);printf("carspeed=%d\n",(int)(g_fCarSpeed*100));printf("cardirect=printf("Speedset=%dprintf("DIRset=%d\n",(int)(g_fDIR*100));printf("D_P=%d\n",(int)(DIR_CONTROL_P*10000));printf("D_D=%d\n",(int)(DIR_CONTROL_D*10000));}else-5-5 if(sentflag==0){uart_putchar(UART0,0xff);sentflag=1;}if(i==ROW){i=0;plete=sentflag=0;//uart_putchar(UART0,//uart_putchar(UART0,//uart_putchar(UART0,}(j<COL){if(ImageBuf[i][j]==0xff)ImageBuf[i][j]--;uart_putchar(UART0,ImageBuf[i][j]);j}j=0;i++;}}if(j<if(ImageBuf1[i][j]==0xff)ImageBuf1[i][j]--;uart_putchar(UART0,ImageBuf1[i][j]);j}j=0;i++;}}}}}voiddrawline(uint8{intintintfloatoffset=0,offset1=0;for(j=77;j>=0;j--){pData[startline-1][j]+(uint8)pData[startline-2][j]<300{Leftline[startline]=j;Leftline[startline-1]=j;Leftline[startline-2]=j;}-7-7}for(j=77;j<=COL-1;j++){if((uint8)pData[startline][j](uint8)pData[startline-1][j]+(uint8)pData[startline-1][j]<300{Rightline[startline]=j;Rightline[startline-1]=j;Rightline[startline-2]=j;}}Centreline[startline]=Centreline[startline-1]=(Rightline[startline-+Leftline[startline-Centreline[startline-2]=(Rightline[startline-//pData[startline-2][Centreline[startline-for(i=startline;i>=5;i--{RightLost=LeftLost=for(j=((Leftline[i-2]-10)<2?2:(Leftline[i-2]--2]+10)>COL-3?COL-3:(Leftline[i-{if(((uint8)pData[i-2][j-1]==0)((uint8)pData[i-2][j-2]==0)&&((uint8)pData[i-{RightLost=1;}}for(j=((Rightline[i-2]-10)<2?2:(Rightline[i-2]-e[i-2]+10)>COL-3?COL-3:(Rightline[i-{if(((uint8)pData[i-2][j+1]==0)((uint8)pData[i-2][j+2]==0)&&((uint8)pData[i-{}}{Centreline[i-3]=Centreline[i-2]-(last_rightline-Rightline[i-if(Centreline[i-3]<=0)Centreline[i--9-9}elseif(LeftLost==0&&RightLost==1)/{Centreline[i-3]=Centreline[i-2]+(Leftline[i-2]-;if(Centreline[i-3]>=COL)Centreline[i-}elseif(RightLost==1&&LeftLost==1)/{last_leftline=left_point;last_rightline=}else{}/***去除間斷點Centreline[i-1]=COL;//靠右補Centreline[i-1]=0;//靠左補//Centreline[i-//pre_left_point=//pre_right_point=right_point;}for(i=30;i<=55;i++){if(Centreline[i]==0){j++;}offset+=(Centreline[i]-}