疾速漂移技术报告

《疾速漂移技术报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《疾速漂移技术报告（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技 术 报 告学 校：天津工业大学 队伍名称：疾速漂移参赛队员： 带队教师： 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 目 录第一章 引言51.1智能车制作情况51.2 技术报告内容安排说明5第二章 智能车整体设计72.1 智能车系统

2、方案的选取72.1.1 红外发光管布局72.1.2单排红外发光二极管方案82.1.2双排红外发光二极管方案92.1.3系统方案确定112.2 系统硬件模块设计122.3软件结构流图14第三章 机械结构调整14第三章 机械结构调整153.1车身机构调整153.1.1底盘的调整153.1.2前轮的调整153.1.3后轮距及后轮差速的调整163.1.4齿轮传动机构的调整163.2舵机的改装173.3红外电路板的安装184.1 MC9S08DZ60芯片主板电路194.1.1 MC9S08DZ60芯片介绍194.1.2 MC9S08DZ60芯片外围电路设计213.2 红外管路径采集电路224.3 舵机转

3、向模块234.3.1 舵机的结构234.1.2 舵机的控制方法234.4 电机驱动模块254.5 速度采集模块264.5.1 速度采集模块方案264.5.2 速度采集模块电路：274.6 辅助调试模块28图4-10 串口调试助手界面283.7 电源分配模块29第五章 智能车软件设计及算法实现315.1 系统初始化315.1.1系统时钟315.1.2 ADC模块315.1.3 SPI模块325.2电机速度控制334.2.1 赛车PID调速334.2.2 积分项的改进：344.2.3 Bang-Bang控制的引入354.3舵机转向控制364.4路径识别算法374.4.1简单的路径识别374.4.2

4、抛物线顶点算法38图4-7 与黑线距离抛物线384.4.3模糊控制394.5 起跑线检测43第六章 智能车调试方法44第七章 总结45附件一 智能车源程序46第一章 引言1.1智能车制作情况从2015年5月到2015年8月，智能车的制作经历了初期学习、中期完善、后期调试修改等三个阶段。系统方案由单排红外管、双排红外管识别路径，到最终单双排结合方案的确定，算法从简单的查表角度控制、三点求抛物线顶点、到模糊算法的研究，电机驱动电路也从四块MC33886串联电路到队员自行设计的H桥电机驱动电路，我们在硬件和软件上对智能车不断地进行改良、优化，实现了智能车按照任意给定的黑色引导线自动识别路径。在调试过

5、程中，我们使用QCUP12无线模块对智能车进行实时监控调试、优化参数。我们解决了多个中断联合使用的时序问题、速度采集问题等，在制作过程中我们也对智能车的机械结构进行优化，如舵机的架高、舵机臂的加长、前轮倾角的调整、后轮差速模块的调节、整车重心的调整等，摸索出了一套机械结构调整的经验方法。在制作过程，我们注重发现问题、积极分析问题、着重解决问题，并总结经验，做了相应的笔记。本文详细介绍系统智能车方案的选取、整车的参数、传感器的选取及个数、MC9S08DZ60单片机最小系统，各个模块的电路设计及工作原理，硬件结构的设计和改进、软件的控制策略等。1.2 技术报告内容安排说明此技术报告的正文部分分为七

6、个部分：第一章，引言部分，介绍比赛背景，技术报告内容安排说明，智能车制作情况等。第二章，智能车系统的整体设计，智能车系统方案的选取，介绍了单排红外光电管方案、双排红外光电管方案的设计，并从硬件及软件方面总体介绍了智能车系统总体框图。第三章，智能车机械结构调整，具体介绍了对赛车各个机械部分的调整，使其达到最佳状态。第四章，智能车系统硬件设计，主要介绍了红外管电路模块、电源分配模块、电机驱动模块、舵机模块、测速模块等，对各模块的设计和功能实现进行详细介绍； 第五章，智能车系统的软件设计，介绍了对智能车各个模块的控制以及智能车的总体控制策略。第六章，智能车系统的整体调试，介绍了智能车整体的调试方法。

7、第七章，总结，参赛队员对参加比赛的体会和感想，以及对智能车展望。第二章 智能车整体设计2.1 智能车系统方案的选取智能车所选取的系统方案直接关系到智能车的性能好坏，本队队员在制作过程中，结合本校研究生的研究论文1对单排红外发光二极管方案、双排红外发光二极管方案等进行了充分的理论分析和实践证明。2.1.1 红外发光管布局“一”字型布局 “一”字型布局是传感器最常用的布局形式,即各个传感器都在一条直线上,从而保证纵向的一致性,使其控制策略主要集中在横向上。如图2-1(a)“八”字型布局 八字型布局，从横向来看与一字型类似,但它增加了纵向的特性,从而具有了一定的前瞻性。将中间两传感器进行前置的主要目

8、的在于能够早一步了解到车前方是否为直道,从而可以进行加速。如图2-1(b) “W”字型布局(c)“W”字型(b)“V”字型(a)“一”字型对于智能车能否顺利跑完全程,最重要的一点是过弯道,特别是通过比较急的弯道的能力。因此为了能够更早地预测到弯道的出现,我们还可以将左右两端的传感器进行适当前置,从而形成“W”型布局。如图2-1(c) 图2-1 红外发光管布局图总之，各种排列方式都有一定的特点，只要与合适的控制算法相匹配，都会有起到理想的控制效果。2.1.2单排红外发光二极管方案单排红外发光管布局及安装结合本校研究生的研究论文1，本方案从“一”字型布局，“”字型布局，“”字型布局中选取了15对红

9、外发射接收管实现“一”字型布局。2.5cm图2-2“一”字型布局两个红外发光二级管相距1.5cm，接收管在发光管的正下方，这样可以减小干扰。图2-3 带倾角安装传感器为使智能车的前瞻性得到提高，采用了带倾角安装传感器方案，采用了TIP5001高性能发光二极管，经实际测试得到发光二极管与水平线倾角65度，距地高12cm，最远探照距离为20cm为最优方案，使得小车能提前进行转弯、减速等一系列动作。数据采集处理对红外接收管数据的采集主要分为数字模式和模拟模式。为达到精确的偏离黑线的距离，本方案选用了模拟模式，使用12位AD值对红外接收管的电压进行采集，得到小车偏离黑线的距离，采用模糊控制算法，针对每

10、个发光二极管和接收管的参数不同，建立动态的隶属度函数，计算出小车偏离黑线的位置。实践证明该方案能较好的克服因发光管和接收管不同参数引起的波动。不足之处由于使用红外发光二极管，其最远探照距离为20cm,作用距离相当有限，而且受限于16个检测传感器，在弯道处可能会出现检测不到黑线的情况，不能做到提前转弯和弯道减速，以至于使小车冲出跑道。虽然建立动态隶属度函数，但仍然不能很好的克服各个发射管和接收管参数不同所带来的误差。2.1.2双排红外发光二极管方案双排红外发光二极管布局由于单排红外发光二极管的探照距离有限，速度达到2m/s时就遇到瓶颈，不能再提高速度，为克服方案一中的不足之处和提高小车的整体速度

11、，我们设计了第二个方案：应用双排红外发光二极管，布局如图：2.5cm图2-4 双排红外发光管排列 第一排为7个发光管二极管和接收管，依然保持70度的倾角。第二排为8个发光管二极管和接收管保持45度倾角。控制策略本方案为提高小车整体速度，如上图所示距离和倾角排列两排得红外管和接收管。第一排检测弯道，依此进行小车减速，第二排为小车提供转角值 。同时根据两排所采集到的AD数据计算出弯道的斜率。经测试这种红外管排列能很好的检测弯道和起跑线。控制策略为：因为以两圈中时间最短的为有效时间，故采取第一圈以较低速度行驶，从起跑线开始，记录弯道的个数以及是左弯道还是右弯道，同时根据测速模块记录弯道相隔的距离。第

12、二圈根据第一圈记录的数据，并于两排红外光电管所检测到的路径进行比较，计算出两者的偏差值，与设定的阈值比较，大于阈值就按红外光电管所检测到的路径行驶，小于阈值时，将两者加权所得到的数据送给转向模块和速度模块。不足之处使用红外光电管还是没能克服探照距离近的障碍，同时整个比赛成绩的优异太过于依赖第一圈的稳定性，如果第一圈记录路径出现了较大的误差，将影响整个比赛成绩。即使第一圈很稳定，到第二圈速度也达不到理想的速度，速度还是受到了限制。2.1.3系统方案确定结合上述两种方案，我们最终确定了由单排7对红外管实现路径寻迹，控制舵机转角控制，利用单排8对红外管实现起跑线检测，并对智能车进行辅助速度控制。2.

13、5cm图2-5 红外发光管最终方案示意图2.2 系统硬件模块设计MCU(MC9S08DZ60)MCU(MC9S08DZ60)红外路径采集模块舵机转向模块速度采集模块电机驱动模块SPI模块PC机电源模块辅助调试模块SCI模块图2-6 系统硬件模块图我们采用红外路径采集的方式控制小车循迹，在这个基础上，通过舵机控制转向，通过电机控制小车的速度。在功能模块上，可将整个赛车分为六大部分：红外路径采集模块、舵机转向模块，电机驱动模块、速度采集模块、电源模块、辅助调试模块，以及MCU之间的SPI 通信模块，MCU与PC机之间的SCI通信模块。下面就这几个个模块分别作简要地介绍： 红外路径采集模块：采用了T

14、IP5001高性能发光二极管。 电源模块：通过LM2576开关型稳压芯片将电池电压稳压到5V，为单片机、红外路径采集模块、速度采集模块及无线调试模块供电。 电机驱动模块： 采用MOS管研发的H桥驱动电路。 速度采集模块：以光电耦合管和自制的码盘作为测速的传感器，光耦合管的输出信号经过555定时器组成的斯密特触发器整形得到一定频率的矩形波信号，再经过MC9S08DZ60的输入捕捉功能提取出小车的速度值。 无线调试模块：在辅助调试模块中我们使用MC9S08DZ60的SCI串行通讯功能，对赛车进行现场的调试，测量参数。速度信息电机转速控制是否有停车信号？是否接收完传输参数？系统初始化速度输入捕捉中断？停车YYYYNN系统初始化设置参数？采集路径信息数据处理及识别路径算法舵机转向控制是否传完参数？起跑线中断判断？YNYNNN2.3软件结构流图图2-7 系统程序流程图第三章 机械结构调整为了让赛车能在直道和弯道上高速稳定的通过，而且转弯比较灵巧，快速，除了有相应的软件和硬件电路的设计之外，赛车的机械结构对其也有很重要的影响。