電磁組科技breaker第十屆飛思杯全國生

使用的說保留、使用技術(shù)報告和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，在集中。日本文設(shè)計的智能車系統(tǒng)以MK60DN512ZVLQ10微控制器為控制單元，光電編檢測模型車的實時速度，使用PID控制算法調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)關(guān)鍵字：MK60DN512ZVLQ10電感干簧管PID引 .-1......................................................................................................-2第一章方案設(shè)計5系統(tǒng)總體方案的設(shè)計......................................................................-5-系統(tǒng)總體方案設(shè)計圖......................................................................-6-第二章智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能車前輪定位的調(diào)整..................................................................-8-主銷后傾角..........................................................................-8主銷內(nèi)傾角..........................................................................-8車輪外傾角..........................................................................-9............................................................................-9-智能車轉(zhuǎn)向機構(gòu)調(diào)整優(yōu)化............................................................-10-編的安裝..............................................................................-11智能車重心位置的調(diào)整11-其它機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整11-第三章電路設(shè)計說明12主控板和驅(qū)動板的硬件設(shè)計.......................................................-12-電源管理模塊...................................................................-12-電機驅(qū)動模塊...................................................................-15-數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊...................................................................-16-測速模塊電路及其他電路部分設(shè)計................................-17-智能車傳感器模塊設(shè) .-18電感傳感器的原理............................................................-18-18-磁傳感器的布局原理及改進.............................................-21-電磁車避障傳感器方案和布局.........................................-23-干簧管方案和布局…………23第四章智能車控制軟件設(shè)計說明20底層初始化20-傳感器處理算法....................................................................-21尋線行駛算法實現(xiàn)........................................................................-2222-PID的方向控制.............................................-23-PID的速度控制.............................................-25-25-27-第五章28開發(fā)工具28調(diào)試過程28上位機系統(tǒng).......................................................................-28控制算法的參數(shù)整定.......................................................-29-整車機械方面的調(diào)整...................................................................-30-第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù)說明31智能車外形參 .-3131-傳感器個數(shù)以及種類...................................................................-31-除了車模原有的驅(qū)動電機、舵機之外伺服電機數(shù)量.................-31-賽道信息檢測精度、頻率............................................................-31-32參考文獻33附 程序源代 第一章IAREmbeddedWorkbench開發(fā)環(huán)境中進行軟件開發(fā)。的位置信號由車體車的運動控制決策。通過編測速模塊來檢測車速，并采用K60的DMA功能進行脈沖計數(shù)計算速度和路程；電機轉(zhuǎn)速控制采用PID控制，通過控制OLED1.11.1，根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計共包括六大模塊：K60主控模塊傳感器模塊、，傳感器模塊包括電磁傳感器、紅外傳感器、光電編和干簧管。其中電電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動直流電機和伺服電機完成智能車的加控制和轉(zhuǎn)向 狀態(tài)等方面。第二章1°3°0°，以便增加其轉(zhuǎn)向的靈活性。8°。0°3°0°即可，并且要與前輪前束匹配。所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當(dāng)，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會減少。像內(nèi)八字那樣前端小12mm。在模型車中，前輪前束是通過調(diào)整伺服電機帶動的左右橫拉桿實現(xiàn)的。主銷在垂直方向的位置確定后，改變左右橫拉桿的長度即可以改變前輪前束的大2mm使模型車轉(zhuǎn)向更為輕便，但實際效果不是十分明顯。轉(zhuǎn)向機構(gòu)在車輛運行過有著非常重要的作用。合適的前橋和轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以保證在車輛直線行駛過不會跑偏，能保證車輛行駛的方向穩(wěn)定性；而分的重點，直接關(guān)系到能否順利地完成比賽。在實際操作中，我們通過理在模型車制做過，的轉(zhuǎn)向是通過舵機帶動左右橫拉桿來實現(xiàn)的。此設(shè)計時就要綜合考慮轉(zhuǎn)向機構(gòu)響應(yīng)速度與舵機力矩之間的關(guān)系，通過優(yōu)化得2.3編的安圖2.3編安為了提高精度，本車使用了編。為了便于安裝，使用加工件將編第三章57.8～8.2V一些數(shù)字器件使用直流5V，5V電源選用線性穩(wěn)壓TPS7350LM29403.3VTPS7333使用3.3V為撥碼開關(guān)和按鍵供電，采用線性穩(wěn)壓AMS1117-3.3，LM2940電機驅(qū)動模塊使用直流12V，使用一款MC34063升壓6V，6VLM2596s-LED3.13.3V3.2LM2596S3.3MC340633.4TPS73333.5TPS73503.6電機驅(qū)動電路為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)4N溝道功率MOS易達到100A以下部分組成：功率MOS管柵極驅(qū)動電路、HIP4082驅(qū)動、74HC08D3.753.33.4OLED屏3.5根據(jù)競賽的相關(guān)規(guī)定，我們選用磁傳感器，磁傳感器的應(yīng)用首先在變化，規(guī)律為近大遠小。其他電感得到信號不好，頻率幅值變化雜亂，不宜采波，所以要進行信號處理。要進行以下三個步驟才能得到較為理想的信號：信20kHz20kHz頻電路（帶通電路），3.63.6LC內(nèi)阻，C是并聯(lián)諧振電容。電路諧振頻率為：f

f=20kHz，L=10mH，可以計算出諧振電容的容量為C=6.33×10-9F。通常在市場上可以到的標(biāo)稱電容與上述6.8nF，6.8nF20kHz小，隨著距離衰減很快，不利于電壓采樣，所以要進行放大，給出的如下3.7測量放大后的感應(yīng)電動勢的幅值EAD獲得正比于感應(yīng)電壓幅值的數(shù)值。我們采用的為TLV2462運算放大器，并從上找到相應(yīng)的電路圖。即兩個線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對稱時，則兩個線圈中感應(yīng)出來的電動勢大小載有線圈的小車行駛至此處時，兩邊的線圈感應(yīng)出的電動勢是不同的。具體的一個定位不清的區(qū)域（3.9）。同一個差值，會對應(yīng)多個位置，45°的電感，可以改善入彎和出彎的姿態(tài)。3.103.11為檢測起跑線用磁鐵，用干簧管進行檢測，安放位置如圖。第四章sys_init()，初始化用到的模塊，如下（子函數(shù)略void{ 按鍵紅外初始化 中值PTA10adc_init(ADC0,SE8); //AD初始化共八路adc_init(ADC0,SE9);adc_init(ADC1,SE10);adc_init(ADC1,SE11);adc_init(ADC1,SE12);adc_init(ADC1,SE13);adc_init(ADC1,SE14)；adc_init(ADC1,SE15); //Flash初始化賽道信息uart_init(UART4,9600);//串口初始化用于上位機發(fā)送數(shù)據(jù) //電機PID初始化 PDDMA_count_Init(DMA_CH4,PTC4,0x7FFF,pit_init_ms(PIT0, //定時1exti_init(PORTA,19,falling_down);/｝傳感器處理算編寫函Read_AD()，其功能為控制AD某個通道（對應(yīng)某個電感）出隊原隊首位置成為隊尾并入隊（即始終保持隊列中的五個數(shù)據(jù)為）。將所到的五次數(shù)據(jù)的最大值和最小值去掉，將中間三個值進行求平均。就可器某一通道數(shù)據(jù)五次，然后進行濾波計算，流程圖如圖4.1所示：55新圖4.1遞推平均濾波流程采用左右兩端橫豎電感做差比和運算計算出車體偏離賽道的偏差(iError左右豎電感進行彎道識別。在直道上時豎電感電動勢為零，當(dāng)小車位于賽道中央時，差比和運算后得到偏差較小，當(dāng)小車偏離時運算得到偏差較大，以此控制舵機打角。進入彎道后豎電感電動勢增大而且彎越急數(shù)值越大，橫電感數(shù)值隨之減小，突出豎電感在急彎的作用尤其是直角彎。最終根據(jù)運算得到的偏差進行舵機控制。圖4.3電 PIDPID70多年單位反饋的PID控制原理框圖如圖— —圖4.4單位反饋的PIDu

peki

kd

其中，Kp、Ki、Kd分別稱為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。u接著被送機直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進入計算機的連續(xù)-時間信uk

1

eT

enen1

T T

ikT其中Tkp、Ti、Td為三個待調(diào)參數(shù)，在實際代碼實現(xiàn)算法時，TDuty=Kp*iError+Ki +Kd*(iError-iError=0 SumError+= = PID1Tununun1kp[(enen1)1Ti

eTd(e

iIncpid P*iError- goal，goal為設(shè)定速度iError goal- PrevError=LastError; LastError=iError; 其中，切彎路徑主要決定了車輛是選擇內(nèi)道過彎還是外道過彎。切內(nèi)道，原因是切內(nèi)道時，曲率半徑過小，同時速度又很快，所以模型車需要的向心力會很大，而賽道本身是平面結(jié)構(gòu)，向心力將全部由來自地面的摩擦力提供，因此賽道表面的附著系數(shù)將對的運行狀態(tài)有很大影響。切外道，路徑會略長但是有的調(diào)整機會，同時曲率半徑的增加會使得模型車可以擁有更高的過彎速度。對于類似S彎的變向連續(xù)彎道的處理。對于入彎速度的分析，應(yīng)該綜合考慮路徑和轉(zhuǎn)向角度的影響。簡單而言，我們會采取入彎，出彎加速的方案，這樣理論上可以減少過彎時耗費的時間。然而，在過去幾屆比賽中，通過觀察各參對彎道的處理后，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有人都選擇了相同的方案。正如前面說到的那樣，不聯(lián)系路徑和轉(zhuǎn)向角度，只是單純地分析過彎速度，會造成思路的局限甚至錯誤。例如，在不能及時判斷入彎和出彎的標(biāo)志點就采取“入彎、出彎加速”的方案，會出現(xiàn)彎道內(nèi)行駛狀態(tài)不穩(wěn)定、路徑差，同時出彎加速時機過晚，一樣會浪費時間。所以現(xiàn)在本系統(tǒng)參考實際駕駛時的一些經(jīng)驗，對過彎速度的處理方式確定為：入彎時急，以得到足夠的調(diào)整時間，獲得正確的轉(zhuǎn)向角度；在彎道內(nèi)適當(dāng)然后加速，雖然會耗費一些時間，但是面對連續(xù)變向彎道可以減少判斷出錯的概率，保證行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性，而且彎道內(nèi)的有限加速對后面的提速也有很大的幫助。綜合考慮用可以接收的額外時間換回行駛穩(wěn)定性還是值得的。a圖表示偏移量與轉(zhuǎn)向角度呈線性關(guān)系，在計算及程序編寫上都比較簡單，d、e圖是兩種比較特殊的處理方案，它們不能用于的全程控制，只是的。這樣兩套系統(tǒng)都對某個值做出了限制，必然會有，在車由0度轉(zhuǎn)到最減小。第五章IAREmbeddedWorkbench序的編寫、編譯和，并最終生成可執(zhí)行文件。功能特點：它最著名的產(chǎn)品是CIAREmbeddedWorkbench,支持眾IARSYSTEMS醫(yī)療、航空航天到應(yīng)用系統(tǒng)。要分析車模在賽道行駛的實時情況，必須小車在行駛過各個功能模塊的實時數(shù)據(jù)，我們采用的是用藍牙實時傳輸數(shù)據(jù)，然后用上位機分析。它

5.15.2相對應(yīng)的，要在車模的單片機中加入下位機程序部分，在每次完數(shù)據(jù)PID控制的關(guān)鍵是調(diào)整三個比例系數(shù)，即參數(shù)整定。PID整定的方法考慮賽體環(huán)境，要建立精確的智能車運動控制數(shù)學(xué)模型有一定難度，而且PID控制。由于小車循黑線本質(zhì)上是一個隨動系統(tǒng)，Ki0，發(fā)現(xiàn)車能在直線高速行駛時仍能保持車身非常穩(wěn)KiPD控制。KpKd10和機最大轉(zhuǎn)角。故LOCA_MAX=2002時較為適合。速度控制采用增量式PID