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智能车竞赛专题培训,赛车的意义 汽车及车模简介 电池使用方法 赛道及比赛规则 研究项目介绍 关于电机驱动 关于舵机驱动 关于赛道检测方式 最佳路线问题 飞斯卡尔单片机介绍 软硬件设计注意事项 工程化方法与团队精神 答疑时间,赛车的意义,该竞赛与教育部已举办的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计4大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。 引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。,汽车及车模简介,二通道遥控赛车车模,车模调校的主要参数 后倾角 外倾角 前束 减震弹簧预紧力,电池使用方法,参数：,电压：1.26=7.2 v 容量：2000mAh,放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）,电池使用方法,正确充电：,推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式，最大充电电流为700mA，平均充电电流300mA，涓流充电电流小于100mA，充电时间约为10小时。,电池使用方法,正确放电：,由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将会人为的降低电池的电容量； 从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电，电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下限电压。厂家给出了放电下限电压为6V。因此，在使用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路，当电池电压低于6V时切断电路，用来保护电池。如果没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因为当电池电压降到接近6V时，电池已经给不出多少电流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开电路，到了给电池充电的时候了。,赛道及比赛规则,赛道材料： KT板、高密度、白色、0.5厘米厚。 中心黑线： 为黑色即时贴经过裁减而成。,7 Of 63,赛道及比赛规则,详细参考资料 第二届智能车竞赛专网 联合大学团委网站 书籍 作 者：卓晴 等编 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大学出版社 定 价：36.50元,用指定车模沿黑线跑两圈取单圈最快者为胜。,研究项目介绍,汽车动态分析 车速控制系统 方向控制系统 赛道检测系统 电子控制系统 策略规划系统 行为决策系统 路况记忆系统 数据传输系统,模型车电机特性,电机特性和MC33886芯片,一、电机特性,RS-380SH,一、电机特性,RS-380SH,一、电机特性,RS-380SH,一、电机特性,RS-380SH,二、MC33886芯片,特性： 工作电压：5-40V 导通电阻： 120毫欧姆 输入信号：TTL/CMOS PWM频率： 10KHz 短路保护、欠压保护、过温保护等；,二、MC33886芯片,二、MC33886芯片,二、MC33886芯片,应用说明： 多个MC33886并联使用；,二、MC33886芯片,应用说明： 使用半桥：由于赛车过程中不时用倒车，所以可以只使用其中的半桥；并且将两个半桥并联，扩大芯片的驱动能力； 使用其中的一个半桥驱动电机；使用另外一个半桥作为12V升压电路为CCD提供工作电源；,二、MC33886芯片,使用说明： 规则中的电容限制 全部电容容量和不得超过2000微法；电容最高充电电压不得超过25伏。 电机加速与减速限制，避免对于工作电源的影响；,二、MC33886芯片,使用说明： PWM频率限制： 10KHz,二、MC33886芯片,使用说明： PWM频率限制： 10KHz,二、MC33886芯片,使用说明： PWM频率限制： 10KHz,关于舵机驱动,舵机内部结构 舵盘、齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。 工作原理 脉宽信号给定参考位置，舵机内部电路通过反馈控制调节舵盘角位。 舵盘角位由PWM控制信号的脉宽决定。,关于舵机驱动,舵机基本参数 型 号： S3010 电 压： 4.0 6.0 V 角度控制： 1/ 400us 工作速度： 0.16 + 0.02 堵转力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm,关于舵机驱动,舵机控制方法,三线连接方式 红线：电源线+6V 蓝线：地线 黑线：PWM控制信号,使用S12 PWM输出控制舵机,舵机简介 S12 PWM控制舵机,一、舵机简介,舵机功能 舵机结构 舵机的基本参数 舵机控制方法,舵机的功能,舵机最早出现在航模运动中； 发动机进气量； 副翼舵面； 水平尾翼舵面； 垂直尾翼舵面； 赛车中控制前轮转向；,舵机的结构,舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k，直流电机、控制电路板等； 工作原理： 控制信号控制电路板电极转动 齿轮组减速 舵盘转动 位置反馈电位计控制电路板反馈； 控制量 舵盘角度,舵机的基本参数: HS-925,尺寸：39.4*37.8*27.8 重量：56g 工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.8sec/60(6.0V) 堵转力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V) 工作角度： 45度/400us,舵机的连接方法,三线连接方法： 黑线：底线； 红线：电源线；两种标准：4.8V, 6V; 蓝线（黄线）：控制信号线； 颜色区分电源线和底线；,标准驱动模型,实测波形（0度）,实测波形（15度）,舵机的控制方法,实测波形（30度）,实测波形（-15度）,舵机的控制方法,实测波形（-30度）,转角与脉宽,舵机的控制方法,脉宽与转角,信号产生方式,软件计数方式； 定时器中断方式； PWM硬件产生方式； 等；,S12 PWM控制舵机,S12 PWM控制器； 具有8路PWM输出端口； 具有独立的8路8bitPWM输出，或者4路16bitPWM输出； 具有A,B,SA,SB时钟源；,S12PWM发生器,S12 PWM控制舵机,举例 使用PWM4,5合成16bitPWM输出； PWM4 控制信号； PWMCTL_CON45 = 0x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc = 24MHz,S12 PWM控制舵机,规则限制： 伺服电机个数不超过3个； 不可以通过提高工作电压提升舵机的性能； 不可以更换舵机；,S12 PWM控制舵机,控制说明 脉宽范围： 对应舵机旋转角度，一方面舵机的极限位置；另一方面考虑到车模转向的极限。可以通过测试得到大约40 度左右； PWM周期： 可选择 50 200Hz,S12 PWM控制舵机,控制说明： 舵机的响应时间对于控制非常重要，一方面可以通过修改PWM周期获得。另一方面也可以通过机械方式，利用舵机的输出转距余量，将角度进行放大，加快舵机响应速度；,关于赛道检测方式,赛道路径几何特点 由直线和圆弧组成； 赛道路径检测内容 确定路径中心位置； 确定路径方向； 确定路径曲率； 需要在赛道垂直方向上 35点便可确定道路参数； 赛道路径检测方法,韩国赛道图,赛道路径检测方法,光电管阵列； CCD: 线阵CCD; 面阵CCD; （黑白） 激光扫描器；电磁感应；超声检测等,基于光电管赛道参数检测方法,光电管阵列优缺点： 优点：简单、响应快速等； 缺点： 空间分辨率低； 水平分辨率: 16 pixel /线；（可以采用细分的方法进行优化）；受到大赛规则传感器个数限制； 垂直分辨率：只能检测一点位置； 占用端口资源多； 安装固定、接线较困难； 容易受到外界环境影响；,基于面阵赛道参数检测方法,使用面阵检测路径参数的优点： 分辨率高： 识别路径参数多：中心位置、方向、曲率； 占用端口资源少： 转换； 一路中断输入； 一路口输入； 通过算法减少外部环境影响；,基于CCD路径检测方法难点及解决方法,12 of18,采集速率； 图像的分辨率 : 水平高，垂直低； 存储空间； DG128 8KRAM 处理速度； 图像采集，处理，控制等等； 电源电压； 12V工作电源,用S12采集图像,采集速率： S12 AD 转换速率10bit : 7us 视频信号一行时间：64us;(有效图像时间 300线/帧,矛盾,采集速率 路径检测需要图像特点： 水平分辨率: 高； 垂直分辨率：低；3-5点 矛盾：如何解决？,解决,采集速率- 解决方法 摄像头水平旋转90度； 水平分辨率 垂直分辨率,附加手段,采集速率- 解决方法 采用CPU 内部总线超频； 48,规则没有限制 CPU超频,初步计算,采集速率- 解决方法 * 摄像头旋转90度； * CPU超频； 可以得到 300 48 分辨率图像；可以满足道路检测需要； 实际需要可以使用降低的图像分辨率： 72 24 即可；,资源需求,存储空间 必须存储正幅图像；这是由于将垂直分辨率转换为水平分辨率的原因； 存储空间： 每个像素存储1字节； 72 * 24 图像需要 1728字节； DG128 RAM空间为8K字节；可以满足存储需要。 同时还可以开辟双图像存储区，采集、处理同时进行；,占用资源分析,处理速度： 采集时间： 图像采集采用终端采集的方式；节省CPU处理事件； 72 * 24 分辨率下：只对于其中的1/4行进行图像采集。CPU花费在图像采集上的时间少于 总时间1/4。其余的时间用于图像处理、控制等运算；,图像处理,处理速度 优化图像路径参数检测算法，算法时间小于 20ms。 图像：黑白色，检测中心算法简单； 可以适当增加些动态亮度补偿算法；满足路径参数检测速度要求；,工作电源,CCD工作电源 12V; 使用PWM 斩波升压电路得到12V电源； 这不违反比赛规则； 禁止使用DC-DC升压电路为驱动电机 以及舵机提供动力；,实现方案和试验结果,系统框图,连接CPU,CPU最小系统,连接CPU,实现方案和试验结果,CPU最小系统 PAD02 视频信号 IRQ 视频行同步信号 PM1 奇偶场信号 PWM2 12V 斩波升压开关信号； PWM0,1 电极控制PWM信号； PWM4 舵机控制信号； PAD0,1 电池电压，12V电压监测；,视频匹配电路,视频信号同部分离电路,实现方案和试验结果,注意：视频信号不经过直流隔离进入AD转换器；,升压供电电路,12V 斩波升压电路,实现方案和试验结果,电源电路,实现方案和试验结果,试验版,试验车,例图1,12 of18,例图2,例图3,例图4,例图5,用摄像头的缺点,CCD相对昂贵； 占用RAM比较多； 道路检测速率受到限制； 50Hz 检测有一定的延时（1/50）秒； 附注电路较多：12V, LM1881等；,后续问题,开发有效路径参数算法； 摄像头安装与固定，为之比较的高； 摄像头镜头设计； 混合检测方法：光电管+ CCD; 多个CCD;,赛道检测小结,方法核心内容 摄像头旋转90度。水平分辨率垂直分辨率； 适当CPU 超频； 有效路径检测算法； 该方法也可以在一些粗分辨率视频监视中进行应用；,最佳路线问题,最佳路线问题,基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统,特点：,赛道与赛车环境模拟 控制算法的仿真验证 路径识别的方案分析 离线/在线仿真相结合,基 本 构 架,赛道设计界面,最佳路线问题,基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统,赛车参数设定界面,最佳路线问题,基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统,动态仿真界面,飞斯卡尔单片机介绍,飞斯卡尔单片机介绍,飞斯卡尔单片机介绍,飞斯卡尔单片机介绍,硬件设计的一般流程,1、确立设计需求 2、选择合理的方案 3、绘制原理图和PCB图 4、焊接、组装 5、电路调试 6、实际环境验证,软件设计的一般流程,1、确立软件需求 2、构思软件结构 3、算法设计 4、 选择硬件平台 5、编制程序