《光電管型設(shè)計(jì)》PPT課件

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1、第6章智能汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐——光電管型設(shè)計(jì)6.1機(jī)械設(shè)計(jì)16.2硬件設(shè)計(jì)26.3軟件設(shè)計(jì)3第6章智能汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐——光電管型設(shè)計(jì)6.1機(jī)械設(shè)計(jì)6.1.1光電管傳感器的布局6.1.2舵機(jī)的安裝6.1.3測(cè)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(gè)傳感器的布局間隔對(duì)智能車的運(yùn)行，是有一定影響的。傳感器的間隔是否合適，對(duì)過(guò)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(shí)軌跡相對(duì)精確，又要盡可能擁有大的橫向控制范圍來(lái)防止飛車。若傳感器間隔設(shè)置合適，當(dāng)賽道有一點(diǎn)微小的變化時(shí)，小車的控制

2、單元就能進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)（改變前輪轉(zhuǎn)角），從而使得過(guò)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(gè)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(lái)看與“一”字形布局類似，但它增加了縱向的特性，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(cè)到彎道的出現(xiàn)，我們還可以將左右兩端的傳感器進(jìn)行適當(dāng)前置，

3、從而形成“W”形布局，此外，還可利用“W”形布局來(lái)檢測(cè)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(jī)的安裝在智能車上，舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角通過(guò)連桿傳動(dòng)控制前輪轉(zhuǎn)向。舵機(jī)是系統(tǒng)中一個(gè)具有較大時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。其時(shí)間延遲正比于轉(zhuǎn)過(guò)的角度，反比于舵機(jī)的響應(yīng)速度。對(duì)于快速性要求極高的智能小車來(lái)說(shuō)，舵機(jī)的響應(yīng)速度是影響其過(guò)彎最高速度的一個(gè)重要因素，特別是對(duì)于前瞻不夠遠(yuǎn)的智能小車更是如此。6.1.2舵機(jī)的安裝提高舵機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向速度的一種方法是采用杠桿原理，在舵機(jī)的輸出舵盤上安裝一個(gè)較長(zhǎng)的輸出臂，其安裝圖如圖6.4所示。圖6.4舵機(jī)的安裝圖6.1.3測(cè)速傳感器

4、的安裝為了減輕智能車的質(zhì)量，測(cè)速時(shí)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(dòng)齒輪較小，基本上和電機(jī)的齒輪相同。其安裝圖如圖6.5所示。圖6.5測(cè)速傳感器的安裝6.2硬件設(shè)計(jì)6.2.1HCS12控制核心6.2.2電源管理單元6.2.3路徑識(shí)別單元6.2.4車速檢測(cè)模塊6.2.5舵機(jī)控制單元6.2.6直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元6.2硬件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)是智能車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)別電路、車速檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制電路和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)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

5、6.2.1HCS12控制核心HCS12控制核心單元既可以直接采用組委會(huì)提供的MC9S12EVKX電路板，也可以自行購(gòu)買MC9S12DG128單片機(jī)，然后量身制作適合自己需要的最小開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。6.2.1HCS12控制核心MC9S12DG12B單片機(jī)引腳圖如圖6.7所示。圖6.7MC9S12DG12B單片機(jī)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(cè)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(jī)的PWM控制信號(hào)輸出；PWM2（PP2引腳

6、）與PWM3（PP3引腳）合并用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM控制信號(hào)輸出（電機(jī)正轉(zhuǎn)）；PWM4（PP4引腳）與PWM5（PP5引腳）合并用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM控制信號(hào)輸出（電機(jī)反轉(zhuǎn)）。在連續(xù)路徑識(shí)別算法中，PAD口用于傳感區(qū)光電接收管電壓信號(hào)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(jì)中的一個(gè)重要組成部分，它的作用是對(duì)組委會(huì)提供的7.2V1800mANi-cd蓄電池進(jìn)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(gè)擋。6.2.2電源管理單元電源管理單元主要用于以下三個(gè)方面：（1）采用穩(wěn)壓管芯片L7805CV將電源電壓穩(wěn)壓到5V后，給單片

7、機(jī)系統(tǒng)電路、路徑識(shí)別的光電傳感器電路、車速檢測(cè)的轉(zhuǎn)角編碼器電路和驅(qū)動(dòng)芯片MC33886電路供電；（2）經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管降至6.5V左右后供給轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)；（3）直接供給直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。6.2.2電源管理單元同時(shí)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(duì)單片機(jī)電路、車速檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)芯片電路和光電傳感器電路供電，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)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(shí)別單元在光電管方案中，通過(guò)紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光照射跑道，由于跑道表面與