基于光電組的飛思卡爾智能車設(shè)計

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1、飛思卡爾智能小車教程——光電組第6章智能汽車設(shè)計實踐——光電管型設(shè)計6.1機械設(shè)計16.2硬件設(shè)計26.3軟件設(shè)計3第6章智能汽車設(shè)計實踐——光電管型設(shè)計6.1機械設(shè)計6.1.1光電管傳感器的布局6.1.2舵機的安裝6.1.3測速傳感器的安裝6.1.1光電管傳感器的布局1．傳感器的布局間隔2．傳感器的徑向探出距離傳感器的布局間隔各個傳感器的布局間隔對智能車的運行，是有一定影響的。傳感器的間隔是否合適，對過彎的精確性以及防止飛車有很大的影響。設(shè)定傳感器間隔的原則是：既要滿足一定的密度以保證走彎道時軌

2、跡相對精確，又要盡可能擁有大的橫向控制范圍來防止飛車。若傳感器間隔設(shè)置合適，當賽道有一點微小的變化時，小車的控制單元就能進行相應(yīng)的反應(yīng)（改變前輪轉(zhuǎn)角），從而使得過彎道的軌跡與彎道大體重合，精確性好。傳感器的徑向探出距離（1）“一”字形布局:“一”字形布局是傳感器最常用的布局形式，即各個傳感器在一條直線上，從而保證縱向的一致性，使其控制策略主要集中在橫向上，其排布如圖6.1所示。圖6.1“一”字形布局傳感器的徑向探出距離（2）“八”字形布局:“八”字形布局從橫向來看與“一”字形布局類似，但它增加了縱

3、向的特性，從而具有了一定的前瞻性，其排布如圖6.2所示。圖6.2“八”字形布局傳感器的徑向探出距離（3）“W”字形布局:為了能夠提早地預(yù)測到彎道的出現(xiàn)，我們還可以將左右兩端的傳感器進行適當前置，從而形成“W”形布局，此外，還可利用“W”形布局來檢測賽道的彎曲程度。其光電管排布如圖6.3所示。圖6.3“W”字形布局6.1.2舵機的安裝在智能車上，舵機的輸出轉(zhuǎn)角通過連桿傳動控制前輪轉(zhuǎn)向。舵機是系統(tǒng)中一個具有較大時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。其時間延遲正比于轉(zhuǎn)過的角度，反比于舵機的響應(yīng)速度。對于快速性要求極高的智

4、能小車來說，舵機的響應(yīng)速度是影響其過彎最高速度的一個重要因素，特別是對于前瞻不夠遠的智能小車更是如此。6.1.2舵機的安裝提高舵機控制前輪轉(zhuǎn)向速度的一種方法是采用杠桿原理，在舵機的輸出舵盤上安裝一個較長的輸出臂，其安裝圖如圖6.4所示。圖6.4舵機的安裝圖6.1.3測速傳感器的安裝為了減輕智能車的質(zhì)量，測速時應(yīng)盡量選用質(zhì)量輕精度高的傳感器，為了不影響加速性能，編碼器的傳動齒輪較小，基本上和電機的齒輪相同。其安裝圖如圖6.5所示。圖6.5測速傳感器的安裝6.2硬件設(shè)計6.2.1XS128控制核心6.

5、2.2電源管理單元6.2.3路徑識別單元6.2.4車速檢測模塊6.2.5舵機控制單元6.2.6直流驅(qū)動電機控制單元6.2硬件設(shè)計硬件電路設(shè)計是智能車控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。智能車控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由HCS12控制核心、電源管理單元、路徑識別電路、車速檢測模塊、轉(zhuǎn)向伺服電機控制電路和直流驅(qū)動電機控制電路組成，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖6.6所示。圖6.6系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖6.2.1HCS12控制核心HCS12控制核心單元既可以直接采用組委會提供的MC9S12EVKX電路板，也可以自行購買MC9S12DG128單片

6、機，然后量身制作適合自己需要的最小開發(fā)系統(tǒng)。6.2.1HCS12控制核心MC9S12DG12B單片機引腳圖如圖6.7所示。圖6.7MC9S12DG12B單片機引腳圖6.2.1HCS12控制核心在光電管方案中，其I/O口具體分配如下：PH口與PA口用于小車光電發(fā)光管發(fā)光控制；PT0用于車速檢測的輸入口；PB口用于顯示小車的各種性能參數(shù)；PWM0（PP0引腳）與PWM1（PP1引腳）合并用于伺服舵機的PWM控制信號輸出；PWM2（PP2引腳）與PWM3（PP3引腳）合并用于驅(qū)動電機的PWM控制信號輸出

7、（電機正轉(zhuǎn)）；PWM4（PP4引腳）與PWM5（PP5引腳）合并用于驅(qū)動電機的PWM控制信號輸出（電機反轉(zhuǎn)）。在連續(xù)路徑識別算法中，PAD口用于傳感區(qū)光電接收管電壓信號的輸入口。6.2.2電源管理單元電源管理單元是智能車硬件設(shè)計中的一個重要組成部分，它的作用是對組委會提供的7.2V1800mANi-cd蓄電池進行電壓調(diào)節(jié)。按照系統(tǒng)各部分正常工作的需要，各模塊電壓值分為5V,6.5V和7.2V三個擋。6.2.2電源管理單元電源管理單元主要用于以下三個方面：（1）采用穩(wěn)壓管芯片L7805CV將電源電壓

8、穩(wěn)壓到5V后，給單片機系統(tǒng)電路、路徑識別的光電傳感器電路、車速檢測的轉(zhuǎn)角編碼器電路和驅(qū)動芯片MC33886電路供電；（2）經(jīng)過一個二極管降至6.5V左右后供給轉(zhuǎn)向伺服電機；（3）直接供給直流驅(qū)動電機。6.2.2電源管理單元同時考慮到穩(wěn)壓芯片L7805CV的額定輸出電流較小，故采用兩片L7805CV分別對單片機電路、車速檢測電路、驅(qū)動芯片電路和光電傳感器電路供電，以保證系統(tǒng)正常運行。其穩(wěn)壓電路如圖6.8所示。圖6.8穩(wěn)壓電源單元6.2.3路徑識別單元在光電管方案中，通過紅外發(fā)光管發(fā)射