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FREESCALE智能车硬软件设计 1 本讲主要内容 1 智能车外观介绍2 智能车硬件部分介绍3 智能车软件设计4 高级技巧 车体的改装5 有待实现的技术 2 1 智能车外观介绍 路径检测装置CMOS摄像头 转向装置舵机 前轮 主控板 镍镉电池 后轮 电机驱动板 直流电机 底盘 3 路径检测装置 使用红外传感器 红外对管 或摄像头用于路径 直道 转弯 交叉 的识别对管多个一起使用 摄像头一个即可 4 前后轮 前轮负责转向后轮负责动力橡胶质地 内部塞有海绵 可以更换 5 舵机 PWM波输入 控制左 右转向驱动电压 6V马达 TricoreGM1510体积 40 0 20 38 1 mm 重量 41g引线长 300mm动作角度 60 10详细参数请参阅技术手册 6 直流电机 驱动电压 7 2V工作温度 10 30摄氏度无负荷转速 最小12000rpm无负荷电流 最大630mA详细参数请参阅技术手册 7 镍镉电池 标称电压 7 2V 实际要高于这个值 正确充电不正确充电会缩减电池寿命使用防过充的充电器合理放电不合理放电会降低电池容量放电不可以越过阀值 不可过量放电 电池电压过低会造成摄像头 电机驱动芯片工作异常 8 电机驱动板 独立的PCB板 安装在直流电机上方使用两片MC33886并联PWM控制 9 主控板 最小系统板插口电源电路 输出7 2V 6V和5V电机驱动电路 两片MC33886并联 视频分离电路 拨码开关舵机 电机 摄像头 对管阵等插头 10 2 智能车硬件部分介绍 车模的组装各个零部件的安装电池的安装舵机的安装摄像头 红外对管的安装主控板的安装码盘的安装 11 2 智能车硬件部分介绍 控制电路介绍RPR220对管路径检测电路MC33886电机驱动电路舵机控制电路拨码开关电路电路连接方法视频分离电路 12 各个零部件的安装 包括舵机的安装 对管加固连接部分的安装等等 主要参考车模的配套资料 对管 多个对管焊接到一个PCB板上 横向排列在智能车的前方 红外发射头距离地面距离适当 车身长度不可以超过40厘米 主控板 通过螺丝固定在底盘上 码盘 固定在传动齿轮上 13 赛道说明 赛道路面用专用白色基板制作中心有连续黑线作为引导线 黑线宽25mm跑道最小曲率半径不小于500mm跑道可以交叉 交叉角为90 赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡面道路 包括上坡与下坡道路赛道有一个长为1000mm的出发区 14 2007年华北区预赛适应赛道 15 2007年华北区预赛比赛场地 16 RPR220红外传感器工作原理 RPR220由一个红外线发光二极管和光敏三极管组成 如右图所示 工作时 二极管向反射表面 赛道面 发射红外线 光敏三极管如果接收到反射回的红外线则导通 反之则关断 在赛道上 白色的表面有利于反射红外线 而黑色的轨迹则吸收红外线 17 RPR220对管路径检测电路 根据我们讲述的原理 当对管检测到黑线时 会输出一个电平较低的模拟量 当对管检测到白色的底板时 会输出一个电平较高的模拟量 在实验中发现 白线模拟量约为800左右 黑线模拟量约为550左右 设置门限为680 则为1 则为0 18 多个RPR220的使用 19 多个RPR220的使用 上图中我们看到9号和10号传感器检测到黑线 我们得到一组模拟数据 756560523723766798821835833840836假设门限为680 经过运算得到数据 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1判断0在数组中的位置 便可以得到黑线位置 20 黑线位置信息的使用 根据黑线位置控制舵机及时转向如果黑线位置很偏 则认为车即将冲出跑道 必须减速如果检测不到黑线 则认为车已经冲出跑道 可以停车或者极限转弯 21 MC33886电机驱动电路 22 MC33886简介 PWM输入频率为20KHz 使用PWM3可以输出6A的直流电流工作电压为5 36V四象限操作两片并联使用可以增大驱动能力 减少单片发热量 23 舵机控制电路 舵机由7806提供6V电压使用DG128单片机的PWM1输入PWM波占空比越小 左转角度越大 反之 右转角度越大 舵机的中心点必须由实验确定 24 拨码开关电路 可以实现无程序下载的参数修改在比赛时具有非常重要的意义 25 电路连接方法 电机 连接到MC33886的OUT1和OUT2提供驱动电流 舵机 通过插头连接PWM1 6V和GND 电池 通过插头固定到主控板电源 路径检测板 通过插头接入VCC和GND 11路模拟量信号接到单片机的A D引脚 最小系统板 编程完毕后直接插到主控板 26 3 智能车软件设计 路径检测 判断与转向速度控制SCI通信 27 路径检测与判断原理 通过传输而来的11个模拟量值和门限值生成11个数的数组 通过数组内0的位置判断路径所在 其中模拟量转化为数字量时 用实际模拟量减去门限 若大于0 白底 则为1 若小于0 黑线 则为0 28 路径检测与判断 voidADConvert void while ATD0STAT0 SCF nADAArray 0 ATD0DR1 省略nADAArray 10 ATD1DR4 ATD0STAT0 SCF 1 AnalogToDigital nADAArray 在程序中 把A D寄存器中的模拟量按照对管从左到右的顺序采集到数组nADAArray 中 并用AnalogToDigital 函数进行模拟量到数字量转换 29 AnalogToDigital 函数 负责把模拟序列转换为数字序列 门限值为自定义的合适值 680 如 550 521 710 725 715 769转换为 0 0 1 1 1 1再如 729 756 436 690 703 841转换为 1 1 0 1 1 1转换完成后用程序判断黑线位置 给出位置编号 30 位置标号规则 由于线宽2 5cm 只可能有1 2个对管同时检测到黑线 不可能没有对管检测到黑线 除非出跑道不可能有3个对管检测到黑线 黑线宽度不够定义检测不到黑线的状态 state 为250检测到黑线的状态为 10 极右 10 极左 31 位置编号的判断 10 0 10 750 1050 450 PWM 线性 线性 32 根据位置标号转向 位置编号为0 路径在正中央 不需要转向位置编号为正 路径偏左 需要左转向 PWM1的占空比需要减小位置编号为负 路径偏右 需要右转向 PWM1的占空比需要加大位置编号为255 已经偏离赛道 转其他控制策略PWM1的占空比控制可以参考中间值进行线性控制 33 速度控制 直线恒速运行转弯减速PID稳速 34 直线恒速运行 恒速PWM值比较大 以转弯时不冲出赛道为标准 可以实现出弯加速和长直道加速 35 转弯减速 比直线恒速小主要实现入弯减速 以免由于速度过快而冲出跑道 36 PID稳速 使用PID稳速使速度值唯一对应一个具体速度如果不使用PID稳速 则随着电池电压的下降 恒定的PWM波占空比对应的实际速度会越来越低 如假设速度为2米 秒 电池电量足时对应的占空比为500 而电池电量不足时经过PID调节后的占空比为650 37 SCI通信 可以把参数发送到超级终端显示 以便实时监控使用无线通信更加方便 38 车体的改装 底盘 底盘要低 在不影响上下坡的情况下 越低越利于车体的稳定 前轮 需要改装成外 八 字 舵机 架高舵机获得更高效的转向 电机 外