第九届飞思卡尔校内赛答辩

1、光电组光电组 目目 录录一、一、小车总体建构小车总体建构二、二、小车的机械结构和硬件电路小车的机械结构和硬件电路三、三、小车的寻迹算法小车的寻迹算法 四、四、新型赛道处理算法新型赛道处理算法五、五、针对去年算法漏洞的改进针对去年算法漏洞的改进六、六、制作小车的进度计划表制作小车的进度计划表 小车整体架构小车整体架构稳定：稳定：指电路运行和机械稳定。电路设计中合理布局元器件、布线指电路运行和机械稳定。电路设计中合理布局元器件、布线、 采取抗干扰采取抗干扰等等措施措施，各，各部件牢固地安装在车的相应位置部件牢固地安装在车的相应位置。简单：简单：指在能满足功能要求的前提下简化电路设计和机械安装设计。

2、指在能满足功能要求的前提下简化电路设计和机械安装设计。质轻：质轻：指通过简化电路设计、机械安装、指通过简化电路设计、机械安装、CCD高度及贴片封装元器高度及贴片封装元器 件等措施，减轻件等措施，减轻小小车重量，并将车身重心基本位于车身中部车重量，并将车身重心基本位于车身中部低重心：低重心：指通过合理机械安装、机械调节和部件选择等措施来降低指通过合理机械安装、机械调节和部件选择等措施来降低 小车重心，减小小车侧翻的可能性，提高小车运行的速度小车重心，减小小车侧翻的可能性，提高小车运行的速度 上限和可控性。上限和可控性。一、一、智能车整体设计的基本原则：智能车整体设计的基本原则：二、机械结构及其改

3、进方案二、机械结构及其改进方案：智能汽车的机械结构的整体调整包括：智能汽车的机械结构的整体调整包括：1 1、车模舵机调整车模舵机调整2 2、前轮、后轮机械调节前轮、后轮机械调节 （主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、前轮前束等）（主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、前轮前束等）3 3、离地间隙调整离地间隙调整4 4、电池位置调整电池位置调整5 5、系统主板布局及安装系统主板布局及安装6 6、传感器布局及安装传感器布局及安装7 7、编码器安装编码器安装8 8、前、后减震器前、后减震器9 9、车模整体重心的调整车模整体重心的调整二、硬件电路二、硬件电路1、智能车使用镍镉充电电智能车使用镍镉充电电池

4、，充满时电压在池，充满时电压在7.88.2V。可直接用于电机供电。可直接用于电机供电。2、单片机及一些数字器件单片机及一些数字器件使用直流使用直流3.3V和和5V，3.3V电电源选用常用线性稳压芯片源选用常用线性稳压芯片LM1117，5V电源选用常用电源选用常用线性稳压芯片线性稳压芯片LM2940。二、小车各模块电源供电框架图二、小车各模块电源供电框架图7电池（电池（7.2V）蓝牙蓝牙编码器编码器TPS73505VLM29565.5V线性线性CCDMCU舵机舵机液晶屏液晶屏LM29373.3V电机电机二、硬件电路二、硬件电路1、采用欧姆龙编码器：、采用欧姆龙编码器： 该编码器是一种通过光电转换

5、将输出轴上的机械几何位移量转换成该编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成 脉冲或数字量的传感器，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数脉冲或数字量的传感器，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数 就能反映当前电动机的转速。这种测量方法方便简单可靠，是在高就能反映当前电动机的转速。这种测量方法方便简单可靠，是在高 速车辆的很好选择。速车辆的很好选择。2、 采用红外对管和编码盘：采用红外对管和编码盘： 将一个带有孔的编码盘固定在转轴上，然后由红外对管检测编码盘将一个带有孔的编码盘固定在转轴上，然后由红外对管检测编码盘 的孔对红外线的阻通。他的精度不高，而且制作安装困难，但是成的孔对红

6、外线的阻通。他的精度不高，而且制作安装困难，但是成 本很低。本很低。 考虑到第九届光电组采用考虑到第九届光电组采用B车模，所以我们采用方案车模，所以我们采用方案1。1、MOS 管驱动：管驱动：采用大功率采用大功率MOS 管组成电机驱动电路；管组成电机驱动电路；优点：优点：电路非常简单，控制只需要一路电路非常简单，控制只需要一路PWM，在管子上消耗的电能也比较少，可以，在管子上消耗的电能也比较少，可以 有效地避免多片有效地避免多片MC33886 并联时由于芯片分散性导致的驱动芯片某些片发热并联时由于芯片分散性导致的驱动芯片某些片发热 某些不发热的现象。某些不发热的现象。缺点：缺点：不能控制电机的

7、电流方向，在小车的刹车的性能的提升上明显有弱势，而不能控制电机的电流方向，在小车的刹车的性能的提升上明显有弱势，而 且电流允许值也比较小。且电流允许值也比较小。2、驱动芯片、驱动芯片MC33886：优点：优点：MC33886 最大驱动电流为最大驱动电流为5A，导通电阻为，导通电阻为140 毫欧姆，毫欧姆，PWM 频率小于频率小于 10KHz，具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。，具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。缺点：缺点：由于是贴片的封装，散热面积比较小，长时间大电流工作时，温升较高，如由于是贴片的封装，散热面积比较小，长时间大电流工作时，温升较高，如 果长时间工作必须外加散热器，

8、而且果长时间工作必须外加散热器，而且MC33886 的工作内阻比较大，又有高温的工作内阻比较大，又有高温 保护回路，使用不方便。保护回路，使用不方便。3、BTN 或或BTS 驱动：驱动：采用两片采用两片BTS7970B，BTS7970，BTN7960，BTN7971 搭成搭成H 桥来驱动电机，原桥来驱动电机，原理跟理跟MOS 管搭建管搭建H 桥相似，此种驱动方法驱动电流大，可以达到桥相似，此种驱动方法驱动电流大，可以达到18A 左右。左右。二、硬件电路二、硬件电路1 1、因为因为第九届光电组选用第九届光电组选用B B车模，其车模，其电机比较大，驱动电流要求高电机比较大，驱动电流要求高。2 2、

9、使用常用的使用常用的btsbts，btnbtn半桥搭建的全桥，相对来说发热严重，容易死机，甚至烧半桥搭建的全桥，相对来说发热严重，容易死机，甚至烧 芯片芯片。3 3、所以我们采取所以我们采取4 n4 n沟道沟道mosmos管与管与1mos1mos管管理芯片搭建电机驱动，同时考虑到管管理芯片搭建电机驱动，同时考虑到 7.2v 7.2v的电压不足以完全打开的电压不足以完全打开mosmos管，所以采取升压方式，把电压升压到管，所以采取升压方式，把电压升压到12v 12v 后，加载到栅极，使其尽可能导通。后，加载到栅极，使其尽可能导通。10三、小车寻迹算法CCD提取黑线方法：从线性从线性CCDCCD传

10、回来的数据可以看到黑线传回来的数据可以看到黑线和白线之间有个大落差，我们称这个落差为和白线之间有个大落差，我们称这个落差为阀值阀值。因此我。因此我们采取落差法来确定黑线位置，具体做法如下：们采取落差法来确定黑线位置，具体做法如下：CCD提取黑线方法：设第line为原点，判断和line3 的差是否大于阀值，如果是再与line+4，line+5比较是否大于阀值，如果是则line+4 记为黑线中点。这种提取黑线的方法能够很好的排除噪点的干扰。小车寻迹算法AD滤波算法：线性线性CCD属于模拟器件，要采取它的数值属于模拟器件，要采取它的数值就必须经过就必须经过AD转化为数字量，而为了提高转化为数字量，而

11、为了提高AD的数值的的数值的准确性，常常要采取滤波算法，常用的滤波算法是均值准确性，常常要采取滤波算法，常用的滤波算法是均值滤波，但是这种算法运算量太大，因此我们结合上届滤滤波，但是这种算法运算量太大，因此我们结合上届滤波算法波算法创新创新的想出了另外一种的想出了另外一种滤波思路滤波思路：CCD_READ = ad_first x a + ad_second x (1-a)CCD_READ:是最后得到的是最后得到的CCD的值的值ad_first:是是AD第一次读取的值第一次读取的值ad_second:是是AD第二次读取的值第二次读取的值a:是是 可信度可信度小车寻迹算法小车寻迹算法自适应灰度值

12、算法自适应灰度值算法为了准确的提取到黑线，就必须保为了准确的提取到黑线，就必须保证采集到的灰度值有一定落差，通证采集到的灰度值有一定落差，通常有两种方法：常有两种方法：（1 1）自适应曝光时间；）自适应曝光时间；（2 2）自适应灰度值。）自适应灰度值。 借鉴了一届师兄的经验，我们采借鉴了一届师兄的经验，我们采取自适应灰度值的算法，其具体做取自适应灰度值的算法，其具体做法：法：取一个光强下的灰度值作为标取一个光强下的灰度值作为标准值，然后在不同光强下，对应的准值，然后在不同光强下，对应的标准值为该光强下的灰度值乘上一标准值为该光强下的灰度值乘上一个比例系数。个比例系数。小车寻迹算法边缘检测 为了

13、减少赛道外部环境的影响，我们还采取为了减少赛道外部环境的影响，我们还采取了边缘检测的方法，从中间分别从两边寻找黑了边缘检测的方法，从中间分别从两边寻找黑线一旦检测到线一旦检测到黑线中点黑线中点就将赛道以外当做黑色就将赛道以外当做黑色这样可以有效的这样可以有效的屏蔽掉赛道以外的影响屏蔽掉赛道以外的影响。方向控制算法方向控制算法转向偏差控制：转向偏差控制： 成功提取到黑线后，我成功提取到黑线后，我们就可以判断车模在赛道们就可以判断车模在赛道的位置，进而控制转向等的位置，进而控制转向等动作，具体做法如右图。动作，具体做法如右图。 这种算法可以这种算法可以简化程序简化程序避免二值化过程避免二值化过程，

14、同时可，同时可以准确的得到车模的位置，以准确的得到车模的位置，这个算法是在上一届师兄这个算法是在上一届师兄算法上改进而来。算法上改进而来。四、针对今年出现新赛道类型（三种）的应对算法1.1.坡道解决方案坡道解决方案 最理想的过坡道，就是把它当最理想的过坡道，就是把它当成跑直线来处理。所以如果没有成跑直线来处理。所以如果没有特别情况，我们车子在检测到坡特别情况，我们车子在检测到坡道时，将会按照直道的算法来处道时，将会按照直道的算法来处理。理。 今年坡道为不对称坡道，考虑今年坡道为不对称坡道，考虑到下坡后接下来的赛道有可能会到下坡后接下来的赛道有可能会是弯道，所以我们准备了两套方是弯道，所以我们准

15、备了两套方案。如果下坡后是弯道的话，那案。如果下坡后是弯道的话，那么我们就采取下坡减速策略（用么我们就采取下坡减速策略（用拨码开关）。如果下坡后不是弯拨码开关）。如果下坡后不是弯道的话，那么就按照直道时的算道的话，那么就按照直道时的算法来处理。法来处理。2.2.路障解决方案路障解决方案今年路障变成两块标准砖头今年路障变成两块标准砖头并且表面为并且表面为黑色黑色，我们的过，我们的过路障的方案是：路障的方案是：把障碍物当成是把障碍物当成是黑线黑线进行处进行处理，理，CCDCCD用正常的提取黑线用正常的提取黑线的算法，提取路障在赛道的的算法，提取路障在赛道的位置，此时由于位置，此时由于路障被认为路障

16、被认为是黑线是黑线，那么此时的赛道的，那么此时的赛道的宽度会骤减宽度会骤减，这个时候我们，这个时候我们就采取寻单线的方法，绕过就采取寻单线的方法，绕过路障。路障。3.调头路解决方案调头路解决方案今年赛道有个重要变化，多了强制今年赛道有个重要变化，多了强制调头路，考虑到赛道的宽度和不能调头路，考虑到赛道的宽度和不能冲出赛道，正常调头难度很大，并冲出赛道，正常调头难度很大，并且所化时间长，为此我们的方案有且所化时间长，为此我们的方案有三个三个（1 1）采用摇头式）采用摇头式CCDCCD，当检测到调，当检测到调头信号后，用舵机马上将头信号后，用舵机马上将CCDCCD旋转旋转180180度，然后小车进

17、行反向跑。度，然后小车进行反向跑。（2 2）用两套）用两套CCDCCD，当小车检测检测，当小车检测检测到调头路信息，马上切换另一套到调头路信息，马上切换另一套CCDCCD反向运行。反向运行。（3 3）采用比较冒险的算法，让小）采用比较冒险的算法，让小车漂移过这个弯道车漂移过这个弯道 一、在提取黑线算法上，我们的算法在去年的方案中改进，一、在提取黑线算法上，我们的算法在去年的方案中改进，不用二值化即可提取黑线不用二值化即可提取黑线，大大简化了程序。，大大简化了程序。二、在小二、在小S S弯和十字弯上，我们使用了弯和十字弯上，我们使用了最小二乘法最小二乘法来对赛来对赛道进行预判。道进行预判。 三、三、 在软件滤波上，我们在软件滤波上，我们舍去均值滤波舍去均值滤波，使用另外一种，使用另外一种滤波方法，同样简化了程序。滤波方法，同样简化了程序。五、针对去