飛思卡爾智能車(chē)光電組技術(shù)報(bào)告

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1、第十屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯華北賽智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告目錄目錄1第一章方案設(shè)計(jì)11.1系統(tǒng)總體方案的選定11.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)11.3小結(jié)1第二章智能汽車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化22.1智能汽車(chē)車(chē)體機(jī)械建模22.2智能汽車(chē)傳感器的安裝32.2.1速度傳感器的安裝3212.2.2線形CCD的安裝42.2.3車(chē)模傾角傳感器52.3重心高度調(diào)整52.3.1電路板的安裝52.3.2電池安放52.4其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整52.5小結(jié)6第三章智能汽車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)73.1主控板設(shè)計(jì)73.1.1電源管理模塊73.1.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊83.1.3接口模塊

2、143.2智能汽車(chē)傳感器153.2.1線性CCD傳感器153.2.2陀螺儀153.2.3加速度傳感器163.2.3編碼器173.3鍵盤(pán)，數(shù)碼管183.4液晶屏203.5小結(jié)20第四章智能汽車(chē)控制軟件設(shè)計(jì)214.1線性CCD傳感器路徑精確識(shí)別技術(shù)214.1.1新型傳感器路徑識(shí)別狀態(tài)分析22214.1.2線性CCD傳感器路徑識(shí)別算法234.2彎道的處理244.2.1彎道策略分析244.3對(duì)速度的閉環(huán)控制244.4障礙的處理264.5小結(jié)26第五章開(kāi)發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過(guò)程275.1開(kāi)發(fā)工具275.2調(diào)試過(guò)程27第六章模型車(chē)主要參數(shù)

3、296.1智能汽車(chē)外形參數(shù)296.2智能汽車(chē)技術(shù)參數(shù)29結(jié)　　論30參考文獻(xiàn)3221第一章方案設(shè)計(jì)本章主要介紹智能汽車(chē)系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計(jì)思路，在后面的章節(jié)中將整個(gè)系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制模塊、控制算法等三部分對(duì)智能汽車(chē)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹和分析。1.1系統(tǒng)總體方案的選定本屆智能汽車(chē)大賽光電組比賽對(duì)傳感器有著嚴(yán)格的規(guī)定，用到了線性ccd,但是由于需要鏡頭成像，所以會(huì)帶來(lái)成像失真，靜電干擾嚴(yán)重等問(wèn)題。由于平衡車(chē)的特殊性，車(chē)身在循跡前進(jìn)的過(guò)程中，必須保持車(chē)身的平衡。根據(jù)最基本保持車(chē)身平衡的基本原理，我們需要知道車(chē)身當(dāng)前的角度和

4、角速度。因此在保持車(chē)身平衡方面，我們確定以加速度計(jì)作為角度傳感器，陀螺儀作為角速度傳感器。另外，車(chē)身轉(zhuǎn)向控制方面，我們組沒(méi)有使用陀螺儀作為轉(zhuǎn)向反饋。這樣會(huì)讓車(chē)轉(zhuǎn)彎不連續(xù)和平滑，最重要的是限制了車(chē)模的速度，不用轉(zhuǎn)向陀螺儀車(chē)模的極限速度大概率在一米三左右。有了轉(zhuǎn)向的陀螺儀可以2米以上。1.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)遵照本屆競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定，智能汽車(chē)系統(tǒng)采用飛思卡爾的32位微控制器MK60DN256ZVLL10單片機(jī)作為核心控制單元用于智能汽車(chē)系統(tǒng)的控制。線性CCD采集賽道明暗信息，返回到單片機(jī)作為轉(zhuǎn)向控制的依據(jù)。加速度計(jì)&陀螺儀返回的模擬信號(hào)作

5、為車(chē)身當(dāng)前角度的信號(hào)。主控輸出PWM波控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以保持車(chē)身的平衡和鎖定賽道。同四輪車(chē)不同，平衡組需要使用左右輪的差速來(lái)轉(zhuǎn)彎。為了控制的準(zhǔn)確性和快速性，我們使用編碼器作為速度傳感器。編碼器返回的信號(hào)可以形成閉環(huán)，使用PID控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。平衡組強(qiáng)烈的加減速會(huì)導(dǎo)致車(chē)身的傾角劇烈的變化，這并不利于車(chē)21身保持平衡。因此整個(gè)調(diào)試過(guò)程就是要保證車(chē)身穩(wěn)定的前提下不斷提高車(chē)模前進(jìn)的平均速度。根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，賽車(chē)共包括六大模塊：MK60DN256ZVLL10主控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊和輔助調(diào)試模塊。各模塊

6、的作用如下：MK60DN256ZVLL10主控模塊，作為整個(gè)智能汽車(chē)的“大腦”，將采集CCD傳感器、陀螺儀，加速度計(jì)和光電編碼器等傳感器的信號(hào)，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)完成對(duì)智能汽車(chē)的控制；傳感器模塊，是智能汽車(chē)的“眼睛”，可以通過(guò)一定的前瞻性，提前感知前方的賽道信息，為智能汽車(chē)的“大腦”做出決策提供必要的依據(jù)和充足的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)使用陀螺儀和加速度計(jì)計(jì)算車(chē)模行進(jìn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)角速度和加速度信息，用以保持車(chē)模穩(wěn)定行進(jìn)；電源模塊，為整個(gè)系統(tǒng)提供合適而又穩(wěn)定的電源；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和伺服電機(jī)完成智能汽車(chē)的加減

7、速控制和轉(zhuǎn)向控制；速度檢測(cè)模塊，檢測(cè)反饋智能汽車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制；輔助調(diào)試模塊，主要用于智能汽車(chē)系統(tǒng)的功能調(diào)試、賽車(chē)狀態(tài)監(jiān)控。1.3小結(jié)本章重點(diǎn)分析了智能汽車(chē)系統(tǒng)總體方案的選擇，并介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)要地分析了系統(tǒng)各模塊的作用。在今后的章節(jié)中，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。21第二章智能汽車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化第二章智能汽車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能汽車(chē)各系統(tǒng)的控制都是在機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，因此在設(shè)計(jì)整個(gè)軟件架構(gòu)和算法之前一定要對(duì)整個(gè)模型車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有一個(gè)全面清晰的認(rèn)識(shí)，然后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而再

8、針對(duì)具體的設(shè)計(jì)方案來(lái)調(diào)整賽車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并在實(shí)際的調(diào)試過(guò)程中不斷的改進(jìn)優(yōu)化和提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本章將主要介紹智能汽模型車(chē)型車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和調(diào)整方案。2.1智能汽車(chē)車(chē)體機(jī)械建模此次競(jìng)賽選用的智能車(chē)競(jìng)賽專(zhuān)用模型車(chē)(D型模型車(chē))，配套的電機(jī)型號(hào)為RN260