长安大学飞思卡尔智能车专题讲座.ppt

长安大学汽车学院团委科技协会智能车部李宗 飞思卡尔 智能车专题讲座 THESEMINARSOFFREESCALECUPINTELLIGENTCARRACING 我校在飞思卡尔杯智能汽车大赛中取得的成绩 参考书籍 车模简介飞思卡尔单片机介绍飞思卡尔智能车的分类及原理电池使用方法赛道起始 终点线的识别与制动电机关于舵机驱动关于赛道检测方式最佳路线测速模块工程化方法与团队精神 车模简介 车模调校的主要参数 主销后倾角前轮外倾角前轮前束减震弹簧预紧力差速器磨合 前轮外倾角Camber 主销后倾角Caster 前轮前束Toe A型底盘 B型底盘 C型底盘 飞思卡尔MC9S12XS128单片机 飞思卡尔 杯智能汽车大赛赛车分类 摄像头组光电组电磁组 摄像头组 基于面阵CCD赛道参数检测方法 使用面阵CCD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CPU端口资源少 AD转换 一路中断输入 一路IO口输入 基于CCD路径检测方法难点及解决方法 图像的分辨率水平高 垂直低 存储空间 DG1288KRAM处理速度 图像采集 处理 控制等等 电源电压 12V工作电源 解决 存储空间不足的解决方法 解决 分辨率需求的解决方法摄像头水平旋转90度 水平分辨率 垂直分辨率 用摄像头的缺点 CCD相对昂贵 占用RAM比较多 车辆重心较高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 光电组 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 16pixel 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 电磁组 第七届飞思卡尔比赛规则变动 电磁组 电磁组 车模直立行走 使用C型车模 车模运行时只允许动力轮着地 车模直立行走 注 原车模的前轮 转向轮 舵机实际上没有用了 可以去掉 前轮的轮胎可以用作后轮的备用车胎 赛道参数检测原理 对于直导线 当装有与小车中轴线对称的八个感应线圈的车模沿其直线行驶 相互对称的感应线圈中感应出来的电动势大小应相同 且方向也相同 若小车偏离直导线 即两个线圈关于导线不对称时 则通过两个对称线圈的磁通量是不一样的 这时对称的两个感应线圈中 距离导线较近的线圈中感应出的电动势应大于距离导线较远的那个线圈中的 根据四对不对称的信号的差值 即可调整小车的方向 引导其沿直线行驶 对于弧形导线 即路径的转弯处 由于弧线两侧的磁力线密度不同 则当载有线圈的小车行驶至此处时 线圈感应出的电动势是不同的 弧线内侧线圈的感应电动势大于弧线外侧线圈的 据此信号可以引导小车拐弯 另外 当小车驶离导线偏远致使对称的线圈处于导线的一侧时 两个线圈中感应电动势也是不平衡的 距离导线较近的线圈中感应出的电动势大于距离导线较远的线圈 由此 可以引导小车重新回到导线上 斜率算法 第一排测得的电压最大值处到前排中心处的距离记为x01 第二排测得的电压最大值处到后排中心处的距离记为记为x02 两排电感的距离固定为17cm 由此可以算得车道斜率 其计算公式为 根据公式求得斜率值可判断当前车模所处的空间位置 进一步可以确定车模是在直道或弯道上行驶 传统布局 使用八个10mH的电感置于车模头部作为确定小车位置的传感器 感应线圈的具体布置方法 双排放置八个感应线圈 前排四个感应线圈 后排四个感应线圈 每一排线圈在24mm长的碳纤维杆上均匀分布并关于车轴线中心对称 前排磁感线圈离地高度为10cm 注意接近角 传感器的选择 采用电感根据法拉第电磁感应原理 交变的磁场通过线圈可以感应出交变的电场 虽然磁场的强度很小 但是只要是线圈的匝数够多 面积够大 就可以感应出足够大的电动势 电感可以自己绕制 这样灵活性比较大 可以绕出非常合适的线圈 但是坏处就是由于要制作多个传感器 自己绕制的电感参数很难统一 就会影响到传感器的精确度 市场上也有很多固定电感值的电感 其参数虽然可能与我们的要求有所差别 但是只要合理地设置其外围电路的参数 就可以达到很好的效果 电磁组A值原始数据 电池使用方法 参数 电压 1 2 6 7 2v容量 2000mAh 放电曲线 在3A的大电流放电条件下得到的结果 赛道 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 起跑 终点线的识别 1 摄像头组2 光电组3 电磁组 干簧管原理图 电磁组起跑 终点线识别模块 起跑线识别采用干簧管电路结构 电路原理图如图所示 在黑色计时起始线中间安装有永久磁铁 每一边各三只 当干簧管靠近永久磁铁时 干簧管内部簧片磁化 簧片的接点部分感应出极性相反的磁极 吸引力大于弹簧的弹力 接点相互吸合 干簧管内部导通 单片机接口处为高电平 由此判断车模经过赛道起跑线 此时可以看到LED灯亮 当车模驶离起跑线后 干簧管周围磁力减弱 干簧管内部弹片弹力大于磁力 接点打开 单片机接口处于低电平 当车模行驶完一圈后 再次判断得到起跑线位置 由此可以控制车模停车 小车在行驶过程中的震动是不可避免的 干簧管也有可能会因为抖动而闭合 使小车因误判断而停车 经试验发现 将干簧管立起来安置能有效的防止这类问题 再配合软件设置一个5至10ms的区抖动 可以最终保证小车在终点准确停车 电机 RS 380SH H桥驱动电路 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 舵机驱动基本参数 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 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 舵机控制相关说明 供电电压 稳压 6V 不允许电池升压控制周期 PWM频率选择50 200Hz角度范围 受车模转向极限限制 40 左右转向控制 在不允许更换舵机的限制下 合理设计控制算法 选择适当的控制参数 充分挖掘机械调整的余地 可加快电机的响应速度 改善赛车的转向性能 如何实现 转向系简介 转向特性简介 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 赛道路径检测方法需要在赛道垂直方向上3 5点便可确定道路参数 最佳路线 如何确保按红色最优路线行驶及避免走绿色路线 测速模块码盘结构如上图 将码盘放在光电耦合管的槽内 同时又和赛车的电