1、關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說明本人完全了解第八屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽關(guān)保留、著作權(quán)歸參賽者本人，比賽使用技術(shù)報(bào)告和研究的規(guī)定，即：參賽和飛思半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開參賽的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在集中。參賽隊(duì)員簽名： 帶隊(duì)教師簽名： 日期： 第 I 頁(yè)摘 要我隊(duì)將于今年八月參加第八屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽。系統(tǒng)的基本模型，比賽的具體情況，我們建立了、賽道和給出了理論分析、計(jì)算、調(diào)試的基本開發(fā)方法。在比較各種算法的性能特點(diǎn)后，我們確定最終方案，并完成了智能車的制作與調(diào)試。智能車開發(fā)過程中，通過比較各種方案，最終我們決定采用四個(gè)由電

2、容和電感配成的傳感器巡線。最終方案的思路是：通過對(duì)道路傳感器所的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，輔助以車模后輪碼盤所的數(shù)據(jù)，來小車的方位、姿態(tài)、速度等，進(jìn)而小車前輪舵機(jī)的擺角和后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度，使小最短的時(shí)間內(nèi)完成比賽。我們使用 MK60N512VMD100 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與運(yùn)算等動(dòng)作，并產(chǎn)生 PWM 波，用它來進(jìn)行信號(hào)采樣、舵機(jī)和電機(jī)。：智能汽車；電磁；MK60N512VMD100第 II 頁(yè)AbstractOur team will participate in the eighth Freescale Cup National Undergraduate smart car contest in

3、 August this year. The specific circumstances of the game, wehave established the basic mof the car, the track and autonomous controlsystems, theoretical analysis, simulation, on-line debugging development methodology. Compare the performance characteristics of the algorithm, we determine the final

4、program, and completed the smart car production anddebugging.Intelligent vehicle development process, through the comparison of different programs, and ultimately decided to use four inductances active patrol line sensor program. The idea of the final program is: treat analysis, the data collected b

5、y the auxiliary Cars rear wheel encoder data collected by road sensors to determine the car's position, attitude, velocity, and thus control the swing of the car front-wheel steering gear angle and rear-wheel drive motor speed, the car finished the race inthe shortest possible time.MK60N512VMD10

6、0 system control core and use it to signal sampling, data transmission and computing movement, and generate PWM wave control steeringgear and motor.Keywords: smart car; photoelectric; MK60N512VMD100第 III目錄第 1 章引 言11.1 研究背景11.2 概述2第 2 章機(jī)械設(shè)計(jì)32.1 車體結(jié)構(gòu)32.2 傳感器的安裝42.3 電池的固定42.4 底盤高度調(diào)整52.5 編碼器的固定62.6 智能車前

7、輪的調(diào)整6轉(zhuǎn)向2.7. 82.8 差速調(diào)整132.9 齒輪嚙合142.10 前后固定方式142.11 輪胎固定14第 3 章電路設(shè)計(jì)163.1 電源管理部分163.2 電源開關(guān)保護(hù)模塊163.3 MCU 部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)193.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分203.5 電磁傳感器213.6 編碼器243.7 傳感器信號(hào)處理243.8 起跑線檢測(cè)電路27第 4 章軟件設(shè)計(jì)294.1 程序整體框架294.2 系統(tǒng)分析29第 IV 頁(yè)4.3 信號(hào)獲取314.4 信號(hào)處理334.5 特殊情況處理344.6 角度模糊 PD344.7 速度. 36第 5 章開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程375.1 基于LINUX 下的K6

8、0 開發(fā)375.2 ECLIPSE375.3 通訊工具39第 6 章全文總結(jié)406.1 智能車主要技術(shù)參數(shù)406.2 不足與改進(jìn)406.3 致謝與總結(jié)41參考文獻(xiàn)42附錄 A 源代碼43第 V 頁(yè)第1章 引 言1.1 研究背景教育部為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，在已舉辦大學(xué)生數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等四大競(jìng)賽的基礎(chǔ)上，委托教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦每年一度的大學(xué)生智能汽車半導(dǎo)體公司等競(jìng)賽，并成立了由教育部、自動(dòng)化分教指委、飛思及組成的“第一屆大學(xué)生飛思杯智能汽車邀請(qǐng)賽”組委會(huì)。該競(jìng)賽是為了提高大學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力而舉辦的，具有實(shí)意義。與其它

9、大賽不同的是，這個(gè)大賽的綜合性很強(qiáng)是以迅猛發(fā)展的的現(xiàn)為背景，涵蓋了、模式識(shí)別、傳感、電子、電氣、計(jì)算機(jī)和機(jī)械等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，這對(duì)進(jìn)一步深化高等工程教育，培養(yǎng)本新意識(shí)，培養(yǎng)生從事科學(xué)、技術(shù)研究能力，培養(yǎng)博士生知識(shí)、技術(shù)創(chuàng)新能力具有重要意義。以智能汽車為研究背景的科技創(chuàng)意性制作，是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，其本質(zhì)也是人類創(chuàng)造有用人工物的一種訓(xùn)練性實(shí)踐，其過程屬性是綜合，而結(jié)果屬性很可能是創(chuàng)造。通過競(jìng)賽，參賽的同學(xué)們培養(yǎng)了對(duì)已的基礎(chǔ)與專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用的能力；帶著背景對(duì)象中的各種新問題，學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科新知識(shí)，包括來自不同學(xué)科

10、背景大學(xué)生的相互學(xué)習(xí)，逐漸學(xué)會(huì)了在學(xué)科交叉、集成基礎(chǔ)上的綜合運(yùn)用；若是以實(shí)用為目的，還必須考慮考慮可靠性、外觀工業(yè)設(shè)計(jì)、集成科學(xué)與非科學(xué)，在具體約束條件下融合形成整體的綜合運(yùn)用。這樣的訓(xùn)練是很有意義的。在智能車的開發(fā)過程中，各參賽隊(duì)伍需要改裝競(jìng)模，完成智能巡線小車編程方法、單片機(jī)接口的制作。在此過程中需要學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與電路設(shè)計(jì)，自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)識(shí)別引導(dǎo)導(dǎo)線的硬件電路、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、車速反饋電路、智能車舵機(jī)電路以及能使小不駛出賽道的前提下可能快速行駛”杯大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽，已的策略與軟件算法。第一屆“飛思于 2006 年 8 月 21 日在順利結(jié)了使的高校、的大學(xué)生參與到這一活動(dòng)中來，第二

11、屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽原則上由有自動(dòng)化專業(yè)的理工類高等本科學(xué)校約 270參賽，每個(gè)參賽學(xué)校限 2個(gè)隊(duì)；分五個(gè)賽區(qū)進(jìn)行預(yù)賽，各分賽區(qū)的優(yōu)勝隊(duì)參加決賽。第四屆“飛思”第 1 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告杯大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽將參賽規(guī)模擴(kuò)大到每校四個(gè)隊(duì)伍，比賽的普及性進(jìn)一步提高。第五屆比賽更是加入了全新的磁導(dǎo)航組，增加了比賽的多樣性和程度。第六屆比賽也越辦越大，越辦越。第七屆比賽電磁組由兩輪直立前行，更具有觀賞性。第八屆比賽有了更高要求。物的設(shè)計(jì)更是增加了智能車的，對(duì)小車性能智能車的開發(fā)與設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，知識(shí)面的拓展和分析問題解決問題的能力的提高很有意義

12、，并且有利于提高大學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)創(chuàng)新能力。此外，制作這樣一個(gè)高性能智能小車的過程，也是需要同組成員相互協(xié)作、緊密配合的過程，在此過程中，團(tuán)隊(duì)成員的交流與合作也顯得尤為重要。為響應(yīng)教育部的號(hào)召，本校積極組隊(duì)參加第八屆“飛思 ”杯 大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽。從 2012 年 12 月開始著手進(jìn)行準(zhǔn)備，歷時(shí)近 8，經(jīng)過設(shè)計(jì)理念的不斷進(jìn)步，制作精度的不斷提高，經(jīng)歷 3 代智能車硬件平臺(tái)及相關(guān)算法的改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)出一套完整的智能車開發(fā)、調(diào)試平臺(tái)。作為電磁組的華技大學(xué)電磁 1 隊(duì)采用輕質(zhì)量機(jī)械設(shè)計(jì)、大前瞻傳感器和連續(xù)化算法處理的基本技術(shù)路線，在前瞻距離、噪聲抑制、驅(qū)動(dòng)優(yōu)化、整車布局等方面加強(qiáng)研究創(chuàng)新，在有

13、限計(jì)算能力下獲得了較高的賽道信息準(zhǔn)確率。使智能車能夠滿足高速運(yùn)行下的動(dòng)力性和穩(wěn)定性需求，獲得了良好的綜合性能和賽場(chǎng)表現(xiàn)。本文將對(duì)智能車的總體設(shè)計(jì)和各部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)。1.2 概述1.2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械方面，主要是編碼器的固定方式，以及有利于車模進(jìn)行巡線、提速條件下的主板、傳感器固定支架的研究和設(shè)計(jì)。1.2.2 電路設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有搭建好了穩(wěn)定可靠的硬件環(huán)境，才能為后續(xù)的軟件提供幫助，同時(shí)硬件設(shè)計(jì)也能為軟件算法提供一種補(bǔ)償作用，所以說好的硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1.2.3 調(diào)試平臺(tái)在調(diào)試平臺(tái)下可以對(duì)于車的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察和調(diào)試。第 2 頁(yè)第2章 機(jī)械設(shè)計(jì)2

14、.1車體結(jié)構(gòu)本屆飛思電磁組比賽采用 A，要求車模改裝完畢后，車模寬度不超過 250mm，長(zhǎng)度沒有限制。圖 2-1智能車競(jìng)賽所使用的車模是一款帶有差速器的四輪驅(qū)動(dòng)模型，它由大賽面具體統(tǒng)一提供，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料輕便強(qiáng)硬、零件精度較高。下A的基本參數(shù)。第 3 頁(yè)基本參數(shù)軸距203mm前輪距146mm后輪距145mm車輪直徑48mm傳動(dòng)比18/76第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告規(guī)定改裝后車模的最大為：寬 250mm，長(zhǎng)度不限。不得隨意更換車模的零件，損壞可以用相同的材質(zhì)零件代替。2.2 傳感器的安裝圖 2-22.2傳感器的安裝為保證車的重心盡量靠后，所以傳感器的支撐桿采用密度小，強(qiáng)度較大的碳桿，

15、同時(shí)在前端只固定傳感器，而將信號(hào)處理電路放到主板中，減輕前邊質(zhì)量。同時(shí)為了防止調(diào)試過程中小車撞墻或在比賽中撞到裁判導(dǎo)致傳感器損壞， 我們?cè)趥鞲衅鳁U前加一根保護(hù)桿。2.3 電池的固定圖 2-3 電池固定示意圖由于電池的重量較重，在整車中占有很大的比例，影響著重心的位置，所以電池固定的位置。我們選擇將電池盡量靠后安裝，并且保證電池水平，以保證車的穩(wěn)定性。同時(shí)為了防止電池的甩動(dòng)，我們用扎帶進(jìn)行了固定。第 4 頁(yè)第 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)2.4底盤高度調(diào)整理論上底盤越低，車的重心就越低，小行駛過程中就越穩(wěn)定，但由于坡道和，特別是今年新加入的，使底盤不能像以往一樣幾乎貼著賽道行駛。若底盤過低，則在上坡時(shí)會(huì)損壞

16、賽道，過時(shí)可能會(huì)被頂住。只能在保證小車行駛時(shí)不碰到坡道和的前提下底盤盡量低。底盤通過前輪支撐架下面加墊片和后輪軸承處調(diào)整。圖 2-4 前輪支撐架加墊片示意圖圖 2-5 后輪軸承處調(diào)整示意圖第 5 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告2.5 編碼器的固定圖 2-6 編碼器固定示意圖往屆編碼器采用拖地式連接，但今年調(diào)試過程中靜電導(dǎo)致復(fù)位的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，考慮到編碼器拖地可能會(huì)將賽道上的靜電傳到小車上，故采用齒輪連接方式。但用齒輪會(huì)導(dǎo)致編碼器測(cè)得的實(shí)際速度與電機(jī)的實(shí)際速度一致，而差速盤與兩邊又可以滑動(dòng)，若差速較松，則導(dǎo)致測(cè)速有一定偏差。2.6 智能車前輪的調(diào)整前輪對(duì)的速度有很大的影響，雖然車模比較小，但

17、是前輪作用還是不容忽視的。前輪的內(nèi)容有：主銷后傾、主銷內(nèi)傾、主銷外傾、前輪前束。2.6.1 主銷轉(zhuǎn)向輪（前輪）主銷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，前軸的軸荷通過主銷傳給轉(zhuǎn)向輪，具備這兩點(diǎn)的就叫做主銷。主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角度主要是由轉(zhuǎn)向節(jié)決定。2.6.2 主銷后傾角主銷向后傾斜，主銷軸線與地面垂直線在傾角。縱向平面內(nèi)的夾角稱為主銷后前輪重心在主銷的軸線上，由于主銷向后傾斜使前輪的重心不在車輪與地面的接觸點(diǎn)上，于是產(chǎn)生了離心駛的穩(wěn)定性，還可以幫助車輪自動(dòng)銷后傾形成的離心力，可以保證汽車直線行。主銷后傾角延長(zhǎng)線離地面實(shí)際接觸越遠(yuǎn)，即主銷后傾角越大，車速越高，離心力越大，前輪自動(dòng)就更加穩(wěn)定。的能力就越強(qiáng)，行駛第 6 頁(yè)第

18、 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)主銷后傾角在車輪偏轉(zhuǎn)后形成一力矩，阻礙車輪偏轉(zhuǎn)，主銷后傾角越大，車速愈高，車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)力矩越強(qiáng)。但力矩過大，將會(huì)引起前正過猛，前輪擺振，并使轉(zhuǎn)向沉重，通常后傾角為 14 度，對(duì)于智能汽車模型，通過改變前后紅色墊片的數(shù)量可以改變它的主銷后傾角。2.6.3 主銷內(nèi)傾角主銷在橫向平面內(nèi)角稱為主銷內(nèi)傾角。傾斜，主銷軸線與地面垂直線在橫向斷面內(nèi)的夾主銷內(nèi)傾角也有使輪胎自動(dòng)的作用，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于主銷內(nèi)傾，則車輪連同整個(gè)汽車的前部將被抬起一定高度，在外力消失后，車輪就會(huì)在重力作用下力圖恢復(fù)到原來的中間位置。角度越大前輪自動(dòng)回正的作用就越強(qiáng)，但轉(zhuǎn)向就越費(fèi)力，輪胎磨

19、損增大；反之，角度越小前輪自的作用就越弱。通常汽車的主銷內(nèi)傾角不大于 8°，主銷內(nèi)傾的調(diào)整應(yīng)該動(dòng)保持在一個(gè)合適的范圍，“一般來說 08 度范圍內(nèi)皆可”。但主銷內(nèi)傾角不宜過大，否則在轉(zhuǎn)彎時(shí)輪胎將與賽道間產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，從而會(huì)增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得沉重，同時(shí)會(huì)輪胎的磨損。在實(shí)際的調(diào)整中，只要將角度調(diào)整為 5 度左右就會(huì)對(duì)于過彎性能有明顯的。如果賽道比較滑，可以將這個(gè)角度再調(diào)節(jié)的大一些。在實(shí)際制作中，這個(gè)角度調(diào)節(jié)為 5 度左右。對(duì)于模型車，通過調(diào)整前橋的螺桿的長(zhǎng)度可以改變主銷內(nèi)傾角的大小。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉(zhuǎn)向自動(dòng)，保持直線行駛的功能。不同之處是主與車速有關(guān)，因此

20、高速時(shí)主銷后傾的銷內(nèi)傾的與車速無關(guān)，主銷后傾的作用大，低速時(shí)主銷內(nèi)傾的2.6.4 前輪外傾角作用大。通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，稱為前輪外傾角。前輪外傾角是前輪的上端向外傾斜的角度，對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向的輕便性。如果前面兩個(gè)呈現(xiàn)“V”字形則稱正傾角，呈現(xiàn)“八”字則稱負(fù)傾角。如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部?jī)A側(cè)，導(dǎo)致車輪聯(lián)接件損壞。前輪外傾可以抵消由于車的重力使車輪傾斜的趨勢(shì)，減少機(jī)件的磨損與負(fù)重。所以事先將車輪校偏一個(gè)正外傾角度，一般這個(gè)角度約在1°左右，以減少承載軸承負(fù)荷，增加零件

21、使用，提高汽車的安全性能。第 7 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告2.6.5 前輪前束前輪前前輪前端傾斜的程度，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。當(dāng)兩輪的前端距離小后端距離大時(shí)為內(nèi)八字，前端距離大后端距離小為外八字。由于前輪外傾使?jié)L動(dòng)時(shí)類似與圓錐滾動(dòng)，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。但由于拉桿的作用使車輪不可能向外滾開，車輪會(huì)出現(xiàn)變劃的現(xiàn)象，從而增加了輪胎的磨損。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(dòng)時(shí)，其慣性力自然將輪胎偏斜，如果前束適當(dāng)，輪胎滾動(dòng)時(shí)的偏斜方向就會(huì)抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會(huì)減少。前輪外八字與前輪外傾搭配，一方面可以抵消前輪外傾的負(fù)作用，另一方面由于前進(jìn)時(shí)

22、車輪由于慣性自然的傾斜，外八字可以抵消其傾斜的趨勢(shì)。外八字還可以使轉(zhuǎn)向時(shí)靠近彎道內(nèi)側(cè)的輪胎比靠近彎道外側(cè)的輪胎的轉(zhuǎn)向程度更大，則使內(nèi)輪胎比外輪胎的轉(zhuǎn)012mm 。彎半徑小，有利與轉(zhuǎn)向。在實(shí)際的汽車中，一般前前束的調(diào)整總是依據(jù)主銷內(nèi)傾的調(diào)整。只有主銷內(nèi)傾確定后才能確定合適的前輪前束與之配合。前輪前束的調(diào)整是方便的。主銷內(nèi)傾的調(diào)整由于要擰開螺絲釘，固定件又為，所以頻繁的調(diào)整容易現(xiàn)象。而前束，所以調(diào)整前最安全、方便的。 前摩擦大的時(shí)候有明顯的效果。但是一定不要太大，適當(dāng)?shù)姆砰_一兩圈就夠了。在模型車中，前輪前通過調(diào)整伺服電機(jī)帶動(dòng)的左右橫拉桿實(shí)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(zhǎng)度即可以

23、改變前輪前束的大小。在實(shí)際的調(diào)整過程中，我們發(fā)現(xiàn)較小的前束，約束 1mm 可以減小轉(zhuǎn)向阻力，使模型車轉(zhuǎn)向更為輕便，但實(shí)際效果不是十分明顯。調(diào)節(jié)合適的前輪前轉(zhuǎn)向時(shí)有利過彎，還能提高性。將前輪前束調(diào)節(jié)成明顯的內(nèi)八字，運(yùn)動(dòng)阻力加大，提高2.7性能。由于阻力比不調(diào)節(jié)前轉(zhuǎn)向增大，所以直線會(huì)變慢。2.7.1轉(zhuǎn)原理的基本觀點(diǎn)是汽行駛線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛過程中每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡都必須完全符合它的自然運(yùn)動(dòng)軌跡，從而保證輪胎與地面間處于純滾動(dòng)而無滑移現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向要求前輪在轉(zhuǎn)向時(shí)左右輪轉(zhuǎn)角滿足一定關(guān)系，如圖 2.1 所示。因此左右輪轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足下面的關(guān)系式：ctg -ctg =K/L 式中第 8 頁(yè)第 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)汽車

24、前外輪轉(zhuǎn)角汽車前內(nèi)輪轉(zhuǎn)角K兩主銷中心距L軸距圖 2-7轉(zhuǎn)向示意圖在此次過程中R=ctg轉(zhuǎn)彎半徑定義為：*L+0.5*K= ctg *L-0.5*K。2.7.2 舵機(jī)安裝方式1) 水平方向圖 2-8 正視八字第 9 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖 2-9 正視一字圖2-10 正視 V 字2) 垂直方向第 10 頁(yè)第 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)圖 2-11 俯視八字圖 2-12 俯視一字圖 2-13 俯視 V 字第 11 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告2.7.3結(jié)果通過數(shù)據(jù)，作圖分析，對(duì)每種安裝方式進(jìn)行對(duì)稱性、線性、實(shí)際與理論的擬合程度進(jìn)行分析，最終舵機(jī)安裝方式選擇正視 V 字，俯視八字的安裝方式

25、。圖2-14 對(duì)稱性分析示意圖圖 2-15 線性示意圖第 12 頁(yè)第 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)圖 2-16 實(shí)際與理論擬合程度分析示意圖2.8 差速調(diào)整差速機(jī)構(gòu)的部件為：帶滾珠的大齒輪、帶滾珠的小齒輪、大小齒輪左右各兩片滑片、轉(zhuǎn)軸和放松螺母，通過調(diào)節(jié)防松螺母的松緊度來調(diào)節(jié)兩滑片與齒輪的滾珠之間的滑動(dòng)摩擦力度，從而提供左右的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)左右車輪受到的阻力不同時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生差速。圖 2-17 差速調(diào)整示意圖前輪的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)對(duì)模型車的轉(zhuǎn)向性能有著重要影響，差速同樣也是影響轉(zhuǎn)向性能的另一項(xiàng)重要因素。差速過導(dǎo)致小車加響應(yīng)很慢，如果差速太松，發(fā)車時(shí)會(huì)明顯聽到“咔”彎時(shí)會(huì)發(fā)生漂移現(xiàn)象。差速太緊則會(huì)導(dǎo)致小車轉(zhuǎn)彎不夠靈活，在

26、急轉(zhuǎn)好的差速機(jī)構(gòu)，應(yīng)該在電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度近似相等，有遲滯或者過轉(zhuǎn)動(dòng)的情況發(fā)生。第 13 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告2.9 齒輪嚙合齒輪傳構(gòu)對(duì)車模的驅(qū)動(dòng)能力有很大的影響。齒輪傳動(dòng)部分安裝位置的不恰當(dāng)，會(huì)大大增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的負(fù)載，會(huì)嚴(yán)重影響最終成績(jī)。調(diào)整的原則是： 兩傳動(dòng)齒輪軸保持平行， 齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會(huì)增加傳動(dòng)阻力，浪費(fèi)動(dòng)力；傳動(dòng)部分要輕松、順暢，不能有遲滯或周期性振動(dòng)的現(xiàn)象。齒輪傳動(dòng)是否良好的一句是，聽電機(jī)帶動(dòng)后輪空轉(zhuǎn)，若聲音刺耳，則是齒輪撞齒，說明齒輪間隙過大；生意沉悶，則表明電機(jī)負(fù)載過重，說明明齒輪間隙太小

27、。同時(shí)應(yīng)注意齒輪互相平行，并盡量保證表面在同一平面。因?yàn)橛须姍C(jī)和差速盤，編碼器和差速盤兩處齒輪嚙合，可以先調(diào)整電機(jī)與差速盤的間隙，調(diào)致無明顯噪聲后在調(diào)節(jié)編碼器與差速盤間的嚙合。調(diào)節(jié)至電機(jī)全速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)齒輪間的噪聲很小。2.10 前后固定方式圖 2-18 固定板示意圖將車模前后部分的連接塊改為強(qiáng)度較大的 PCB 板，減輕小車高速行駛時(shí)的抖動(dòng)，以增強(qiáng)車的穩(wěn)定性！2.11 輪胎固定模型高速的條件下（2.3m/s3.5m/s），由于快速變化的加得模型車的輪胎與輪輞之間很容易發(fā)生相對(duì)位移，可能導(dǎo)致在過程，使時(shí)會(huì)損失部分驅(qū)動(dòng)力。在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試表明，在高速下每跑完一圈，輪胎與輪輞之間通常會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)厘米的相對(duì)位移，

28、嚴(yán)重影響了的過程。為了解決這個(gè)問題，我第 14 頁(yè)第 2 章 機(jī)械設(shè)計(jì)們?cè)趯?shí)際調(diào)試過程中對(duì)車輪進(jìn)行了粘胎處理，可以有效地防止由于輪胎與輪輞錯(cuò)位而引起的驅(qū)動(dòng)力損失的情況。第 15 頁(yè)第3章 電路設(shè)計(jì)3.1 電源管理部分電源管理是指如何將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件，電源管理對(duì)于依賴電池電源的智能小車是的。好的電源管理不僅能延長(zhǎng)電池的使用，更重要的是保證系統(tǒng)中各模塊供電的穩(wěn)定性，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作。本智能汽車電源管理主要包括：部分 MCU 電源，舵機(jī)電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，陀螺儀、度計(jì)和編碼器電源。其系統(tǒng)框圖如下：圖 3-3-1 電源管理系統(tǒng)框圖調(diào)試中為了方便了解系統(tǒng)電源的工作情況，故需要加入

29、電源監(jiān)視電路即時(shí)提醒注意電池電壓狀況。電源管理部分體積、功耗都不能太大，不能影響電路的正常工作。而且競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定，比賽使用智能汽車競(jìng)賽統(tǒng)一配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用 7.2V2000mAh Ni-Cd 電池供電，而單片機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)，激光等部分需要的電源條件均不同，因此要視需求分配，要在不穩(wěn)定性的情況下，盡量做到各部分供電的分離，以便減小各部分間的干擾，具體如下:3.2電源開關(guān)保護(hù)模塊由于智能車使用的直流電源，故一旦電池的正負(fù)極接反將造成很嚴(yán)重的后果，很有可能燒壞主板，即便使用了區(qū)別正負(fù)極的 T 型頭，但仍接反的可能；故考慮在電源的最開始部分設(shè)計(jì)防插反的結(jié)構(gòu)和插反后的保護(hù)電路，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。一般來說，整

30、流二極管擁有良好的單向?qū)щ娦约胺聪蚪刂固匦裕适褂谜鞫O管作為反接保護(hù)器件。第 16 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)圖 3-2 電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.2.1 5V 電源模塊由于陀螺儀，度計(jì)和編碼器三部分都需要 5V 直流穩(wěn)壓，為簡(jiǎn)化電路共用一個(gè)穩(wěn)壓。由分析可得：U=+5.0V+5%（4.75V-5.25V）， I 600mA。因 LM2940-5V 具有紋波小電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，故可以作為合適的穩(wěn)壓擇。選圖 3-3 LM2940-5V 電路原理圖3.2.2 舵機(jī)電源模塊由于舵機(jī)的工作狀態(tài)深受其供電電壓的影響，過高會(huì)增加電池負(fù)擔(dān)，過低又會(huì)影響響應(yīng)速度，具體需要視情況而定，故選擇穩(wěn)壓值可調(diào)的穩(wěn)壓。為更好的選擇

31、穩(wěn)壓，我們決定計(jì)算舵機(jī)的工作電流。舵機(jī)電流的計(jì)算：舵機(jī)有兩個(gè)重要的參數(shù)，一個(gè)是輸出扭矩，為 Kg.cm；另一個(gè)是動(dòng)作速度，為 S/60°。下面我們就根據(jù)舵機(jī)的這兩個(gè)參數(shù)來計(jì)算舵機(jī)的輸出功率，進(jìn)而計(jì)算計(jì)算出舵機(jī)的電流。令扭矩為X Kg.cm，即1cm 處舵機(jī)的則角速度為 w=60/Y÷360°*2 ，為X Kg；速度為Y S/60°=Y/60 S/1°。rad/s；第 17 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告當(dāng)半徑為 1cm 時(shí)的線速度為 v=w*0.01，m/s；把 Kg 轉(zhuǎn)換為，即為 F=X*9.8，w。N；則舵機(jī)功率為 P=F*v，注：當(dāng)半

32、徑 r 大于 1cm 時(shí)，線速度增大，而舵機(jī)在 r 處的功率不變。減小，理論上最終得到公式：P=0.103*X/Y，w。（1） 按照上面描述模型計(jì)算 S3010 的輸出功率為:P = 6.0 * 0.103 /0.16 = 3.8625 W在標(biāo)稱電壓 6V 的基礎(chǔ)上面我們可以求得舵機(jī)的電流為：I = P / V =3.8625/ 6 = 0.64375A（2） 按照上面描述模型計(jì)算 SD5 的輸出功率為:P = 5.0* 0.103 / 0.14 = 3.67857 W在標(biāo)稱電壓 6V 的基礎(chǔ)上面我們可以求得舵機(jī)的電流為：I = P / V =4.184375 / 5 = 0.73571 A輸

33、出可調(diào)穩(wěn)壓器選型：LT1083 系列具有低壓差，過載保護(hù)，紋波抑制等功能。需根據(jù)電流需要選擇合適，且它的靜態(tài)電流流入負(fù)載，提高了效率。圖 3-4 壓差隨電流負(fù)載變化圖圖 3-5 壓差隨電流負(fù)載變化示意圖第 18 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)25時(shí)壓差典型值為 1.3V 最大為 1.5V。圖 3-6 LT1083 典型電路由于舵機(jī)的電源模塊需要輸出可調(diào)的穩(wěn)壓，最終我們選擇均使用LT10843.2.3，在實(shí)際測(cè)試中，能夠滿足需求。主控部分電源模塊主控部分供電是 3.3V 供電。LM1117 是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在 1.2V 輸出負(fù)載電流為 800mA 時(shí)為 1.2V。LM1117 有可調(diào)電

34、壓的版本通過2 個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn) 1.2513.8V 輸出電壓范圍。另外還有 5 個(gè)固定電壓輸出1.8V、2.5V、2.85V、3.3V 和 5V的型號(hào)。因其有 3.3V 固定輸出的版本，最終選用它為主控模塊供電，電源處理如下圖：圖 3-7 主控電源電路設(shè)計(jì)3.3 MCU 部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)MCU 最小系統(tǒng)部分主要包括： MCU 復(fù)位、通訊、人機(jī)交互、與件接口，結(jié)構(gòu)框圖如下：第 19 頁(yè)器第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3-8 MCU 部分系統(tǒng)框圖3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分3.4.1 H 橋驅(qū)動(dòng)電路本文研究的重點(diǎn)是如何給電機(jī)提供盡量大的驅(qū)動(dòng)電壓（盡量接近電源電壓）和電流，以及盡量減少驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的能量損耗

35、。圖 3-9SFET 驅(qū)動(dòng)電路電路原理圖第 20 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)3.4.2 BTS7960 搭建 H 橋模塊如果用 PNMOS 搭建的話要配合死區(qū)延時(shí)，比較麻煩，可以采用 BTS7960，它內(nèi)部集成了 P、NMOS 管各一個(gè)，死區(qū)延時(shí)和過熱過壓保護(hù)，比較方便安全。圖 3-10 BTS7960 驅(qū)動(dòng)原理圖3.5 電磁傳感器3.5.1 磁場(chǎng)在電磁式智能車比賽中，基本原理是依靠傳感器檢測(cè)賽道中的磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化，根據(jù)磁場(chǎng)的信息賽道的型別（程序則可以根據(jù)賽道的型別進(jìn)行分型處理）。而磁場(chǎng)的結(jié)果可以用來確定傳感器的布局和實(shí)現(xiàn)預(yù)。如果可以根據(jù)各種不同基本單元的磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)準(zhǔn)確的基本單元的類型，那么則可

36、以進(jìn)行預(yù)理，實(shí)現(xiàn)十字交叉處提前；S 彎當(dāng)成直道處理等。第 21 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3-11 直道入 90 度彎的磁場(chǎng)云圖 3-12入十字彎的磁場(chǎng)云圖通過兩圖的比較，磁場(chǎng)的前瞻會(huì)出現(xiàn)誤判，將十字彎也因此通過合理的處理是可以分辨直道入彎和十字彎。成直道入彎，單獨(dú)一個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電壓 Vox'是位置 x 的偶函數(shù)，只能夠反映到水平位置的絕對(duì)值 x 的大小，無法分辨左右。為此，可以使用相距長(zhǎng)度為 L 的兩個(gè)線圈電感，計(jì)算兩個(gè)電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的差值：第 22 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)令 L = 30cm，計(jì)算得到兩個(gè)線圈電動(dòng)勢(shì)差值 Ed如下圖所示：圖 3-13雙水平線圈電壓

37、差值與橫向位移的關(guān)系由圖可知，在位移 030cm 內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)差值 Ed 與位移 x 關(guān)系是一個(gè)單調(diào)函數(shù)。可以使用這個(gè)量對(duì)于小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行負(fù)反饋，從而保證兩個(gè)線圈的中心位置跟蹤賽道的中心線。通過改變線圈高度 h、線圈之間距離 L 可以調(diào)整位置檢測(cè)范圍以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。3.5.2 LC 諧振電路分析LC 電路輸出電阻 R0 公式如下：為了使諧振產(chǎn)生的信號(hào)輸出幅值更大，要考慮兩點(diǎn)：第一，輸出越大，R0 就要越大大，為了配合信號(hào)源的輸出頻率 20KHz，電感越大，電感的阻抗越高， 第二，諧振的頻率要在 20KHz 附近，幅值衰減最小，電路的品質(zhì)因數(shù) Q 要大一些，可以大幅減小其他頻率的幅值而保持所選

38、頻率的幅值衰減不大，達(dá)到一個(gè)選頻的目的。經(jīng)過粗略的計(jì)算將電感電容定在 33mH 和 1.8nF，但是電感電容的值第 23 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告并不精確，實(shí)際值與標(biāo)稱值差別較大，在選取的時(shí)候要注意把電容電感通過梯度值分類，保證所選頻率的值要盡可能的靠近 20KHz，所以需要精確測(cè)量。3.6 編碼器為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的速度，我們附加了編碼器模塊。通過編碼器實(shí)現(xiàn)速度的反饋，通過反饋量能更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)速度的和優(yōu)化，而且編碼器重量輕，能耗低，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，利遠(yuǎn)大于弊。其電路設(shè)計(jì)部分如下：圖 3-14 編碼器電路設(shè)計(jì)圖3.7 傳感器信號(hào)處理通過上述 LC 檢波電路，可很好的將 20KHz 的信號(hào)

39、選擇出來，但為了增大測(cè)量精度，還需要對(duì)檢波信號(hào)進(jìn)行放大，此外，由于檢測(cè)頭輸出為正弦交流信號(hào)，為了減少程序處理難度并盡量減小誤差，還需要對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行檢波，使其變?yōu)橹绷餍盘?hào)。在信號(hào)放大方面，可以用共射三極管放大電路，但由于其放大倍數(shù)小，且對(duì)稱性較差，我們最終還是選用了集成個(gè)信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)如下：放大的辦法。整在經(jīng)過集成運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大之后，后面選用了倍壓檢波電路來對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)，并使用內(nèi)部的電壓跟隨器來減小輸出電阻，減小負(fù)載對(duì)輸出第 24 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)電壓的影響。在得到平滑的 直流電壓信號(hào)以后，將其送至 AD 端采樣，即可得小車偏離賽道的信息，根據(jù)該信息就可以對(duì)小車作轉(zhuǎn)向處

40、理了。3.7.1傳感器布局圖 3-15 傳感器布局示意圖3.7.2信號(hào)測(cè)量與處理圖 3-16 直道信號(hào)測(cè)量結(jié)果圖 3-17 信號(hào)處理后可見，在直道上，X 與“八”零點(diǎn)無偏差，但線性區(qū)范圍不同。第 25 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3-18 彎道信號(hào)測(cè)量結(jié)果圖 3-19 信號(hào)處理后彎道上，八字形傳感器更敏感。3.7.3 十字彎信號(hào)傳感器的角度、間距以及放大倍數(shù)對(duì)信號(hào)測(cè)量均有較大影響，比如八字形傳感器角度變大對(duì)彎道的越提前，但對(duì)十字彎越敏感：電流方向?yàn)榛抑本€方向平行的磁色箭頭方向，電流方向近似為紅色直線方向，因此和場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)傾斜角為 45 度時(shí)，右八會(huì)很強(qiáng)，左八近乎為零（與紅線平行），而兩

41、個(gè)X 基本相等。第 26 頁(yè)第 3 章 電路設(shè)計(jì)圖 3-20十字彎信號(hào)示意圖而間距將影響線性區(qū)范圍；放大倍數(shù)影響偏差，所以要綜合考量角度、間距以及放大倍數(shù)。3.8 起跑線檢測(cè)電路按照比賽規(guī)則，起跑線是 6 個(gè)按照一定間隔放置的磁鋼（表面磁場(chǎng)強(qiáng)度3000 到 5000）組成，而且磁鋼的極性是隨機(jī)放置的。如果使用測(cè)那么極性問題就一定要考慮進(jìn)去，所以一對(duì)傳感器至少是兩個(gè)。但是如果使用干簧管，極性的問題就不用考慮。干簧管不用供電，將干簧管的一端接地，一端接 IO，然后利用單片機(jī)的內(nèi)部上拉，用程序去檢測(cè)低電平。這樣就可以完全利用 Freescale的內(nèi)部簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)。其電路設(shè)計(jì)如下：第 27 頁(yè)第八屆

42、大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告圖 3-21 干簧管模塊電路設(shè)計(jì)圖第 28 頁(yè)第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序整體框架整個(gè)系統(tǒng)由飛思半導(dǎo)體公司（原摩托羅拉半導(dǎo)體部）的 32 位 K60 系列微器中 MK60N512VMD100，對(duì)電磁傳感器信號(hào)進(jìn)行和處理，并對(duì)輸出PWM 分別，進(jìn)行舵機(jī)和電機(jī)的，一路 PWM的轉(zhuǎn)向來使小車更好的巡線，另一路 PWM 通過硬件電路驅(qū)動(dòng)來電機(jī)，決定小車的速度。另外使用編碼器速度值，作為輔助速度。圖 4-1 系統(tǒng)框圖如下所示：4.2 系統(tǒng)分析4.2.1 問題獲取對(duì)于競(jìng)速巡線智能車，我們參加的是電磁組比賽，首先仔細(xì)閱讀比賽的規(guī)則以及相關(guān)規(guī)定，我們要做的是在此限制的基礎(chǔ)上小車以最快

43、的速度完成比賽全程。系統(tǒng)的主要信息量為賽道中心通有 20KHz 方波產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的漆包線產(chǎn)生的磁場(chǎng)。4.2.2 分析對(duì)于電磁車的傳感器的特點(diǎn)，包括：，電感傳感器作為主要的數(shù)據(jù)信息來源，必須分析電感電感感應(yīng)出感應(yīng)電壓后，通過放大，檢波等，輸入單片機(jī)的 AD 通道，通過單片機(jī)處理出 AD 值，是一個(gè)模擬量；不同方向電感，對(duì)不同方向的磁場(chǎng)的敏感程度（即感應(yīng)出來的電壓）不一樣。通過分析電感布局的，可以使電感感應(yīng)到前方的磁場(chǎng)第 29 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告4.2.3 功能需求為了更好的，電磁智能車系統(tǒng)需要有：（1）（2）（3）（4）（5）高速、高性能速度反饋；需要實(shí)現(xiàn)基本的人機(jī)交互；需要返回

44、運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)或運(yùn)行的信息；可以對(duì)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)分析；4.2.4 性能需求對(duì)于性能方面的需求，包括：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）高速、高性能；穩(wěn)定的電源供電模塊； 強(qiáng)勁的電池放電能力；高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)效率，速度響應(yīng)快速，加較好的輪胎摩擦力；機(jī)械性能穩(wěn)定、輕量化性能優(yōu)越；較短的周期程序高效穩(wěn)定、發(fā)揮出機(jī)械與電路上的最高速度；高效高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)；4.2.5 接口需求（1） 硬件接口需求需要統(tǒng)一完善的電路接口，做到不重復(fù)開發(fā)。（2） 軟件接口需求對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要程序底層向中層提供方便的函數(shù)接口，所有底層寄存器調(diào)用，達(dá)到變量一級(jí)；中層對(duì)于提供可以方

45、便調(diào)用的變量、函數(shù)接口；整個(gè)調(diào)用實(shí)現(xiàn)效率高，每層做到保護(hù)私有的數(shù)據(jù)、防錯(cuò)處理，對(duì)于全局變量的權(quán)進(jìn)行（3） 通訊接口需求。程序的通訊部分向上要有足夠高的封裝度，使用人性化，調(diào)用方便，實(shí)現(xiàn)高效，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)向上，緩沖數(shù)據(jù)私有，移植性強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。第 30 頁(yè)第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.2.6 調(diào)試需求（1） 軟件設(shè)計(jì)的模塊化，提高程序的可讀性。（2） 統(tǒng)一的編程風(fēng)格，并加注釋，盡量用英文注釋。（3） 各成員統(tǒng)一程序版本，使用 SVN 管理程序版本，加強(qiáng)（4） 調(diào)試前了解小車的性能，以方便調(diào)試時(shí)參數(shù)的修改。，協(xié)調(diào)合作。（5） 調(diào)試中使用串口調(diào)試，將數(shù)據(jù)發(fā)到電腦上分析，做好完整的調(diào)試（6） 調(diào)試中使用 SD

46、 卡調(diào)試，將每個(gè)程序周期的數(shù)據(jù)寫入到 SD 卡中，。小車跑時(shí)的 狀態(tài)，將數(shù)據(jù)在電腦上進(jìn)行分析，做好調(diào)試。（7）調(diào)試中將小車的運(yùn)行狀態(tài)反映到 LED 燈，蜂鳴器上。4.2.7 調(diào)試步驟（1） 首先配好底層驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行硬件調(diào)試（2） 然后通過中層將底層整合，為上層（3） 最后進(jìn)行賽道調(diào)試4.3 信號(hào)獲取和信號(hào)處理做準(zhǔn)備；4.3.1AD我們采用如圖分布的傳感器方案，將四個(gè)傳感器信號(hào)放大后輸入 MCU 的四個(gè) AD 通道，即可獲得對(duì)應(yīng)傳感器的信號(hào)。軟件上 2ms 周期性用于后面的各種處理。一次 AD 值，圖 4-2 傳感器布局4.3.2信號(hào)濾波在小車運(yùn)行過程中，有時(shí)候會(huì)受到溫度、傳感器晃動(dòng)、特別是靜電的

47、影響， 會(huì)出現(xiàn)異常的信號(hào)，這些信號(hào)對(duì)獲取小車當(dāng)前狀態(tài)影響非常大。在高速運(yùn)行時(shí)， 即使是偶爾一次的信號(hào)跳變或異常都可能會(huì)對(duì)小車造成嚴(yán)重后果，直接沖出跑道。另外，在一條賽道的不同地方，信號(hào)的強(qiáng)弱也會(huì)不可避免地發(fā)生變化，如果不加處理使用同一套參數(shù)也會(huì)影響小車的運(yùn)行。第 31 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告除了在硬件上對(duì)傳感器和周圍電路進(jìn)行一定調(diào)整之外，軟件上也必須進(jìn)行處理。我們的處理方法是最小二乘法濾波和動(dòng)態(tài)標(biāo)定。最小二乘法濾波是分析同一傳感器前面數(shù)次 AD 值大小，如果某一次信號(hào)與上一次信號(hào)的變化太大，則通過前面數(shù)次 AD 值的變化趨勢(shì)進(jìn)行信號(hào)值進(jìn)行后面的處理。，代替此次圖 4-3 原始信號(hào)圖

48、 4-4 濾波后的信號(hào)動(dòng)態(tài)標(biāo)定是在賽道不同位置進(jìn)行標(biāo)定，把原始信號(hào)處理成一套我們習(xí)慣的信號(hào)，這樣就能適用于一套參數(shù)。第 32 頁(yè)第 4 章 軟件設(shè)計(jì)圖 4-5 動(dòng)態(tài)標(biāo)定流程圖4.4 信號(hào)處理4.4.1 當(dāng)前偏差的獲取由于我們使用的傳感器方案用了兩個(gè) x 方向電感和兩個(gè)八字形方向電感，其中任意一套都可以得到一個(gè)偏差，但各有利弊。因此我們對(duì)這兩個(gè)偏差進(jìn)行加權(quán)平均，來得到當(dāng)前的偏差。sensor_offset =線性比例值 * (a * (X2X3) / (X2 + X3) + (1 - a) * (X1 X4) / (X1+ X4);4.4.2 偏差濾波眾所周知電磁車的傳感器一般比較長(zhǎng)，過急彎時(shí)傳

49、感器不可避免地要伸出賽道，此時(shí)電磁信號(hào)較弱或因接近別的賽道而獲得錯(cuò)誤信號(hào)，因此此時(shí)算出來的偏差肯定會(huì)有問題。遇到這種情況，我們?cè)谶M(jìn)行了偏差濾波，滿足濾波條件后可以認(rèn)為傳感器伸出了賽道，此時(shí)將偏差直接置為最大，讓小車轉(zhuǎn)角最大，盡快回歸賽道。第 33 頁(yè)第八屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告4.5 特殊情況處理這里指的特殊情況主要有：十字彎，坡道，起跑線。由于引入了八字形傳感器，很可能將原本可以直沖過去的十字彎當(dāng)成了彎道， 就會(huì)發(fā)生很多不好的情況。因此必須識(shí)別出十字彎，然后調(diào)整八字形傳感器偏差和 x 傳感器偏差各自所占的權(quán)重，將偏差進(jìn)行。通過傳感器信號(hào)值和陀螺儀信號(hào)來檢測(cè)坡道，進(jìn)行適當(dāng)通過干簧管檢測(cè)起跑

50、線處的強(qiáng)磁鐵，并進(jìn)行停車。4.6 角度模糊 PD4.6.1 PID比例 P ：比例項(xiàng)部分其實(shí)就是對(duì)預(yù)設(shè)值和反饋值差值放大的倍數(shù)。舉個(gè)例子，假如原來電機(jī)兩端的電壓為 U0，比例 P 為 0.2，輸入值是 800，而反饋值是 1000，那么輸出到電機(jī)兩端的電壓應(yīng)變?yōu)?U0+0.2*（800-1000）。從而達(dá)到了調(diào)節(jié)速度的目的。顯然，比例 P 越大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速回歸到輸入值的速度將越快，調(diào)節(jié)靈敏度也越高。從而，加大 P 值，可以減少?gòu)姆欠€(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，但是同可能造成電機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)值附近振蕩的情形，所以又引入I 解決此問題。I：顧名思義，項(xiàng)部分其實(shí)就是對(duì)預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時(shí)間上進(jìn)行累加。當(dāng)差

51、值不是很大時(shí)，為了不引起振蕩。可以先讓電機(jī)按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)要將這個(gè)差值用項(xiàng)累加。當(dāng)這個(gè)和累加到一定值時(shí)，再一次性進(jìn)行處理。從而避免了振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。可見，滯后。而且 I 值越大，滯后效果越明顯。項(xiàng)的調(diào)節(jié)明顯的微分 D：微分項(xiàng)部分其實(shí)就是求電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率。也就是前后兩次差值的差而已。也就是說，微分項(xiàng)是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。可見微分項(xiàng)的調(diào)節(jié)是超前的。并且 D 值越大，超前作用越明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+ 微分的器，就能夠提前使抑制誤差的嚴(yán)重超調(diào)。作用等于零，甚至

52、為負(fù)值，從而避免了被控量的由各個(gè)參數(shù)的規(guī)律可知，比例 P 使反應(yīng)變快，微分 D 使反應(yīng)提前，I 使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi)，P、D 值越大，調(diào)節(jié)的效果越好。各個(gè)參數(shù)第 34 頁(yè)第 4 章 軟件設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)原則是：在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益 P ；在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù) Ti 。輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù) Td。4.6.2 模糊模糊系統(tǒng)是在原理的基礎(chǔ)上以模糊集合論、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，模擬人的模糊思維方式，對(duì)復(fù)雜過程進(jìn)行的一種智能系統(tǒng)。它是將操作者的經(jīng)驗(yàn)，用一系列含有語言變量值的條件語句規(guī)則，恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)成具有模糊性的語言變量和條件語句，或者說把控制經(jīng)驗(yàn)用模糊條件語句表示，再用模糊