1、 瑞薩智能車交流(2)7/9/20221西安交通大學 探討智能車的總體設計思想探討激光車的機械特點以及制作方案 探討激光車的電路特點以及制作方案探討激光車的軟件設計以及編寫細節 探討激光車的調試經驗及其他注意事項 總體介紹 機械結構 電路設計 軟件程序 調試及其他contents2總體介紹瑞薩智能車賽題特點賽道約束車身約束自由度大對整體方案的依賴性大常規賽與趣味賽賽程資源 官方網站： 淘寶店地址： 西安交通大學3總體介紹跑道制作KT板+波音軟片木質基板+波音軟片亞克力+表面材料西安交通大學4總體介紹-賽道（常規賽、趣味賽）西安交通大學5機械電路 軟件簡單，材料方便獲得及加工，易維修，輕便，穩固

2、穩定性好，留有余量，簡單輕便，最好用pcb加工，連線盡可能少適合所有情況，特殊問題特殊處理，流程簡單但魯棒性強，模塊化西安交通大學總體介紹-設計思想（使用激光傳感器）花銷主導？性能主導？6總體介紹-硬件清單西安交通大學部件花銷作用激光及其傳感器8*4+1*20=52檢測賽道信息車體制作約100元/輛基礎機械結構舵機（130500）+50=180550轉向及搖頭電機及驅動10*4+10*4=80動力來源電路元件約50圓各種電路元件電池5*8=40電源合計約500900圓/輛整體價格和舵機有密切關系7機械結構（基本）西安交通大學輪子減速器電機車體結構輪距間隙匡量重心傳感器8機械結構-驅動輪西安交通

3、大學9機械結構-激光架西安交通大學10機械結構（進階）西安交通大學 前輪轉向設計 舵機直連形式 力矩轉換形式 傳感器位置 前端 中部 驅動方式 前驅 后驅 四驅11機械結構（進階）-不同前輪控制結構西安交通大學12機械結構（進階）-不同前部傳感器隨動結構西安交通大學13機械結構（進階）-不同測速結構西安交通大學14機械結構其他輔助架構轉向及驅動輪底盤激光機搖頭機構西安交通大學15機械結構西安交通大學16機械結構-new西安交通大學17電路設計5v，6.5v可調使用lm2596及lm350分別組成5v及6.5v可調電源。5v電源給單片機、搖頭舵機及所有傳感器供電；6.5v可調電源供電轉向舵機。驅

4、動模塊傳感器模塊電源模塊西安交通大學閘門及激光模塊電機驅動使用組委會提供的驅動電路給四個驅動電機供電。左邊兩個電機為一組，右邊兩個電機為一組。為了減小同組電機之間的內消耗，電機的匹配選取較重要。閘門使用組委會的紅外調制傳感器，置于車體最前方。激光傳感器模塊借鑒的freescale智能車比賽方案。大家可以自己查找。排布方式類似于組委會紅外傳感器套件18電路設計（new）-綜述西安交通大學5v，6.5v可調使用asm1117-5.0及as1015分別組成5v及6.5v可調電源。5v電源給單片機、搖頭舵機及所有傳感器供電；6.5v可調電源供電轉向舵機。驅動模塊傳感器模塊電源模塊閘門及激光模塊電機驅動

5、使用bts7960組成全橋驅動，每邊為一組，共使用兩組全橋驅動，使用兩路pwm信號驅動，可以正反轉，使用組委會的驅動板思想借助7408和7414實現信號的整合使用一路pwm發生180khz調制波，使用三極管搭建選通電路，使用紅外管搭建閘門傳感器。共使用3組激光。其他模塊輔助電路使用4位八段LED進行實時控制量的顯示，也可以顯示速度，路程等信息，使用幾個led進行道路路況的指示，并輔以蜂鳴器，設有2個按鍵開關，并有一個滑動變阻器輸入調試數據19電路設計-組委會驅動前級方案西安交通大學20電路設計-使用集成IC的驅動前級方案西安交通大學21電路設計-編碼器調理西安交通大學22電路設計-激光調制及接

6、受西安交通大學23電路設計方法西安交通大學Protel 99seDXP 2004DXP Designer自制電路板用洞洞板搭建電路板原理圖PCB直接PCB24電路設計-效果圖西安交通大學25電路設計-問題使用激光時連線過于繁雜，激光容易損壞，不易調試，對于不同賽道適應性不好手工焊接及制作不穩定。不美觀，維修較困難。插針穩定性差，模塊多，檢查問題較困難遇到的問題西安交通大學還需考慮各個模塊的電流需求，以及總電流需求用來選擇合適的電池，輕便而且放點能力要達到要求。26端口分配-H3048FP6P1 P3/4/5P2PAPB板上撥碼開關組委會驅動方案的輸出口 1.開始按鍵； 2.PWM*3； 3.L

7、ed*2;（測速）光電編碼器輸入使用PA0即TCLKA搖頭舵機PWM輸出各種控制口，包括：1.激光通斷控制；2.速度輸出使能；未使用各種傳感器輸入口，包括： 1.閘門傳感器； 2.激光傳感器*3； 3.尾輸入開關； 4.尾趣味賽傳感器*2;H3048F單片機MCU: H3048F 驅動板：組委會套件西安交通大學27端口需求分析-R8C/38A驅動模塊 1.電機驅動PWM*2； 2.舵機驅動PWM*2； 3.電機正反轉控制輸出口*2;各種控制口，包括： 1.激光通斷控制*3； 2.速度輸出使能*1； 3.LED輸出及使能*12； 4.驅動板上LED*2； 5.系統板上LED*2； 6.蜂鳴器使能

8、*1；各種傳感器輸入口，包括： 1.閘門傳感器輸入*1； 2.激光傳感器輸入*5； 3.尾輸入開關輸入*1； 4.尾趣味賽傳感器*2； 5.光電編碼器輸入*1； 6.板上撥碼開關 *4； 7.滑動變阻器AD輸入*1； MCU: R8C/38A 驅動板：自制西安交通大學總計： 1.輸出口*22； 2.輸入口*15； 3.PWM*4；其他資源： 1.定時器*1； 2.180khz發生*1； 3.脈沖捕捉計數*1； 28端口分配（new）-R8C/38AP6P0/P1 P5P2P7/P8P9SPI通訊接口；兩路舵機PWM。激光控制；4位8段LED控制及選通。速度使能；編碼器測速輸入；180khz發生

9、。各種傳感器輸入口，包括： 1.閘門傳感器； 2.激光傳感器*4； 3.尾輸入開關； 4.尾趣味賽傳感器*2;R8C/38A單片機MCU: R8C/38A 驅動板：自制西安交通大學驅動口，包括： 1.驅動兩路PWM； 2.驅動方向信號； 3.按鍵； 4.蜂鳴器；P0：1路AD轉換輸入；P1：4位板上撥碼器。另：P4-板上LED29西安交通大學端口分配（new） -R8C/38A驅動板信號及其他LED控制舵機及編碼器輸入激光控制各傳感器輸入SPI通訊片上led片上撥碼開關AD輸入30單片機內部資源分配-R8C/38A西安交通大學名稱具有的功能被分配的功能RATIMER/Event counter

10、Pulse width/period mea。Speed counterRBTIMERProgrammable waveformSystem 0.33ms int.RCTIMER（capture/compare）PWM/PWM2(up to 3 channel available)Servo PWM*2RDTIMER（capture/compare）PWM/synchronous PWM/Complementary PWMPWM3(up to 3 channel available)Motor PWM*2RERealtime clockOUT compare（square wave）180KH

11、Z generatorRFCapture/compareNOT usedRGTIMER（capture/compare）PWMPhase counting mode180KHZGenerator31R8C/38A引腳圖西安交通大學32軟件程序西安交通大學設計思想模塊化調用關系簡單便于編寫維護以及調試單文件形式同時適應常規賽與趣味賽33主函數模塊關系路況檢測定時中斷每次主程序流程均進行判斷0.33ms系統級中斷主流程Main()每次主程序流程只進行一種路況處理各種路況分別處理case代碼量：約1000行程序框架基礎：KIT07及新的KIT07-38A綜合并改進。西安交通大學34路況檢測判斷直角彎

12、判斷左變道判斷右變道主程序流程中的判斷路況順序。一旦哪個路況條件滿足立即跳轉到此路況的解決case中進行執行，直到這個路段過去。在左右變道判斷中加入了防止判斷錯誤的檢測模塊，主要是繼續判斷是否是直角彎西安交通大學失誤：未判斷坡道，對于坡道上有彎道的情形其實無能為力35路況檢測-檢測直角彎判斷直角彎直角彎標志類型直角彎干擾排除西安交通大學多種可能情況，非直入時條件放寬，多幀共同決斷36路況檢測-檢測左變道/右變道判斷左變道/右變道 變道標志類型 變道干擾消除西安交通大學多種可能情況，抖動時條件放寬，多幀共同決斷。將直角彎標志錯誤看成變道后的補救措施37路況處理-各種case模塊普通路段case1

13、1左變道case51右變道case61主程序循環中使用pattern傳遞路況信息當pattern=11，執行case11；當pattern=21，執行case21；當pattern=51，執行case51；當pattern=61，執行case61；西安交通大學直角彎路段case2138路況處理-處理直角彎處理直角彎 直角彎進入段 直角彎保持段 直角彎拐點段 直角彎回正段西安交通大學進入段，可以繼續判斷標志，或者直接跳過第二條標志保持段，由于都是直道，可將角度控制放緩，速度控制保持拐點段，檢測到左右變道標志后進行處理，此處關系到穩定性和快速性回正段，找好最佳的標志回正，進入直道處理39路況處理-

14、處理左/右變道處理左/右變道主程西安交通大學 變道進入段 變道彎保持段 變道彎拐點段 變道彎回正段進入段，可以繼續判斷標志防止是直角彎，或者直接跳過第二條標志保持段，由于都是直道，可將角度控制放緩，速度控制保持拐點段，全黑后立即打轉，并設置特定的角度和速度，此處關系到穩定性和快速性回正段，找好最佳的標志回正，進入直道處理40中斷處理流程輔助判斷處理激光亮滅控制激光賽道讀取0.33ms定時器中斷。循環控制激光點亮及讀取。3次中斷為一幀，可得到一行賽道信息。速度測量每10ms一次，通過光電編碼器方波計數獲得，時間基準同樣是中斷。還包括一些輔助判斷。西安交通大學速度測量與計算41其他子函數初始化函數

15、，添加了些必要的模塊速度、角度計算及其控制模塊Stop異常處理基本初始化子函數；Timer延時函數，只是由于定時器中斷周期的改變少改了代碼；速度、角度及PID控制函數分別為三個子函數，在主流程的各個case中均有可能被調用；Stop函數，處理強制停車等問題。西安交通大學Timer延時函數，組委會版本自帶42西安交通大學程序總體流程圖43軟件開銷15%21%39%25%前提條件：使用R8C/38A單片機板，系統時鐘頻率為20M； 系統總中斷時間：0.33ms； 程序周期：1ms。等待時間中斷處理控制輸出主流程 測速（10ms一次） 激光使能變換 讀取賽道信息其他輔助處理信息 程序前一周期結束運算

16、到下一周期的時間。 速度輸出 角度輸出 輔助控制判斷智能車軟件系統開銷 判斷賽道類型 角度計算 速度計算特殊路段執行流程西安交通大學44激光車的調試經驗及其他注意事項西安交通大學調試的硬件技巧 加入SD卡、led指示燈、蜂鳴器等 多機通訊，用其他芯片實現數據記錄與傳輸調試的軟件技巧 單獨寫文件，利用printf及串口通訊進行輸出 與硬件結合，如SD卡、LED指示燈、蜂鳴器HEW調試環境及R8C/38A的不足 不能在線調試 與pc通訊時中斷有限制 通訊較復雜，數據傳輸不方便45激光車的調試經驗及其他注意事項使用激光的好處輕便，對轉向舵機不帶來額外的力矩付出 速度快，不受轉向的影響，獨立工作，可以

17、完成更多的功能 對趣味賽的倒車出庫有優勢 激光的不足不穩定，賽道的污損及結合處的縫隙干擾非常大;由于機械結構的間隙以及輪子的不圓，會在行進過程中使激光上下晃動達幾厘米，這對于控制以及標志線的解決是個很大的挑戰，目前依然沒有好的解決方案。 坡道先天劣勢 趣味賽入庫距離長至少20不易調試，容易損壞綜合來看，在趣味賽中使用激光傳感器有一定優勢，但是基本會比普通的車多走40cm甚至更多的路程，而在常規賽中，由于賽道的復雜及坡道的限制，紅外車還是更好的選擇。最大的劣勢莫過于對于賽道要求極高，抗干擾、抗擾動能力很差。制作及維護都很困難，且由于高度的限制，放置的空間很有限，設計困難。最大的優勢莫過于激光的分

18、體控制對于轉向舵機毫無負擔并且能夠獨立工作，完成更多的功能。西安交通大學46車的設計流程方案的確定機械結構的確定，包括尺寸，轉向方式，傳感器架設方式，以及整體布局。電路模塊的確定，包括電源的選擇，舵機的選擇及滿足的參數，驅動的選擇及是否配套電機等。設計制作小車機械結構設計制作小車的電路，繼而可以搭建完整的車體結構了設計基本的軟件流程，編寫必要的代碼，使小車能基本跑起來調試，完善軟件結構與功能。進行機械及電路的修改與優化，定型后做多個備用。總結可能出現的所有問題集可能遇到的所有情況，在軟件層面上予以解決。最后，簡單介紹下智能車的制作流程-進度控制西安交通大學47車的設計流程-激光的制作激光電路及搖頭舵機采用典型的freescale光電組方案，大家可以參考制作。搖頭舵機不需要多快，普通的5080元錢的微型數字舵機均可勝任，可以適當調節舵機電壓控制速度。激光結構可使用木板或者pcb直接制作，排布方式可以和組委會提供的紅外板間距相同，完全能夠滿足賽道檢測要