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文档简介

1、智能车知识培训硬件电路知识及程序框架10自动化 朱启源10自动化 梁嘉权10自动化 张竞豪模块分解 核心控制模块(MCU)传感器路径检测(红外,激光,超声波,摄像头)舵机电机驱动(L298,H桥BTS7960)电机电源稳压模块传感器速度检测(编码器,光电码盘)便于调试的模块(LED显示,液晶,拨码开关,蜂鸣器)传感器车身姿态检测(陀螺仪,加速度计,电子罗盘)无线传输模块(蓝牙,Zigbee)路径检测模块可以使用的传感器红外传感器激光传感器超声波传感器电磁传感器摄像头线性CCDRPR220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(

2、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。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。PS:引脚较长的一段为正极红外传感器电路图 传感器模块图 传感器原理图白色反射多,故看到白色时,接受管电阻很小,对比R3(10K)可以忽略不计,因此A点相当于直接接地,低电平(实际上根据R3的大小不同,A点的电压会有0.几的电压)黑色反射少,故看到黑色时,接受管电阻很大,一般来说比R3大很多,根据串联分压原理,

3、A点应该分得大部分电压,高电平(实际上R3越小,A点电压越接近VCC,一般都在3V以上)LM393:电压比较器作用:同相输入电压比反相输入电压高时,输出高电平,反之低电平激光传感器激光传感器模块激光发射管激光接收管发射部分由一个震荡管发出180KHZ频率的震荡波后,经三极管放大,激光管发光;接收部分由一个相匹配180KHZ的接受管接收返回的光强,经过电容滤波后直接接入单片机IO口,检测返回电压的高低。调制处理的作用在于让接受管只能接受相同频率的反射光,可以有效防止可见光对反射激光的影响,一般还会配合透镜使用。消除干扰(漫反射)超声波模块使用方法: 一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在

4、接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了模块工作原理:(1)采用IO触发测距,给至少10us的高电平信号; (2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;(3)有信号返回,通过IO输出一高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2;摄像头,线性CCD 摄像头OV7620实际赛道与经过二值化的数据点TSL1401线性CCD通过上位机观测到的数据点速度检测模块可以使用的测速模块编码器光电码盘欧姆龙

5、E6A2-C编码器光电码盘欧姆龙编码器 接口:3 - GND 2 - +5V 1 - OUT以200线编码器为例: 1.编码器转一圈产生200个脉冲。 2.应用于智能车单相测速,旋转时 OUT口可输出一组脉冲信号。 3.编码器不需要驱动电路,可直接与单片机相连,接上拉电阻。 4.输出波形为方波信号,转速越快,方波变化越大。使用方法:利用单片机的TIM模块的脉冲累加功能。只要测定一固定时间的脉冲数,便可计算出智能车的运行速度。车身姿态检测模块可以使用的模块加速度计陀螺仪电子罗盘加速度传感器加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。MMA7260是一款三轴低g半导体加速度计,可

6、以同时输出三个方向上的加速度模拟信号对于两轮平衡车而言,当车模发生倾斜时,重力加速度g便会在Z轴方向形成加速度分量,从而引起该轴输出电压的变化输出电压的变化近似与倾角成正比。缺点?陀螺仪该产品是一种应用科氏力原理的角速度传感器,它输出一个和角速度成正比的模拟电压信号。传感器应该被安装在正确的方向(注意传感器的敏感方向和测量方向一致)将角速度积分得到角度由于从陀螺仪角速度获得角度信息,需要经过积分运算。如果角速度信号存在微小的偏差和漂移,经过积分运算之后,变化形成累积误差。这个误差会随着时间延长逐步增加,最终无法形成正确的角度信号。如何消除这个误差呢? 电子罗盘MAG3110是一款小型的低功耗、

7、数字3轴磁力计,具有宽广的动态范围,能够在带有外部磁场的印刷电路板(PCB)中运行。MAG3110磁力计可以测量所处位置磁场(由地磁场和电路板组件产生的磁场加在一起的总和)的三个轴向的组成部分。与3轴加速度传感器结合使用时,可以获得不依赖方向的精确罗盘航向信息。舵机 控制方法:PWM脉冲控制电机驱动为什么需要电机驱动?电机驱动模块什么是H桥?三极管和场效应管H桥电路图q48050q28050q18550q38550r110kr210kr4r3M12A74LS0612A74LS0612A74LS0612A74LS061K1KVCC D1D3D2D410K10K集成电机驱动芯片L298NL298内

8、部结构图有兴趣的同学可以了解一下L298电路原理图 半桥集成驱动芯片BTS7960详细资料请参看数据手册稳压电路模块线性集成稳压芯片最大输出电流可达1A,输入输出电压差2V详细资料请查看数据手册升级篇开关稳压芯片LM2940最大输出电流可达1A,输入输出电压差1V比线性稳压芯片效率更高,但是可能会有高频的开关噪声,不适用与对噪声干扰敏感的模拟电路 开关稳压芯片LM2576最大输出电流可达3A详细资料请查看数据手册无线传输模块蓝牙Zigbee设备和电脑相连(例如51单片机和电脑无线通讯)两设备之间相连(例如两个51单片机无线通讯)很好用的调车模块led蜂鸣器拨码开关液晶核心控制模块-单片机采用最

9、简单的51单片机 常用51单片机:AT89C51/C52 STC89C51/C5289C51单片机最小系统: 电源 复位电路 晶振电路 EA引脚51单片机的最小系统电路推荐系统电路(带LED显示)高级单片机飞思卡尔XS128单片机飞思卡尔K60单片机常用单片机模块介绍I/O输入输出模块A/D,D/A模数/数模模块PWM脉冲宽度调制模块TIM模块的输入捕捉,输出比较,脉冲累加器PIT定时器模块SCI异步串行传输模块SPI同步串行通信模块I2C模块AD/DA模块IO模块就是单片机的IN模块和OUT模块I/O模块AD模块就I/O是把模拟的电压量转换成数字量DA模块就是把数字量转换成模拟的电压量PWM

10、模块脉宽调制(PWM)通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电机调速,伺服电机的控制。SCI模块串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式,其突出优点是只需要一根传输线,课大大降低硬件成本,特别适合远距离通信,缺点是传输速率较低。PIT模块PIT是一个模数递减计数器,首先给计数寄存器设定一个初值,每经过一个总线时钟,执行减1操作,当减为0时,触发对应中断。什么是中断呢? 日常中断的例子返回 你正在专心看书,突然电话铃响,于是你记下正在看的书的页数,去接电话,接完电话后再回来接着看书。 计算机中的中断概念返回中断是指当CPU正在处理某项事务的时候,如果系统发生了紧急事件,要求

11、CPU暂停当前正在处理的工作而去处理这个紧急事件,待事件处理完成后,再回到原来中断的地方,继续执行原来被中断的程序,这个过程 。将能引起中断的事件称为中断源。CPU现行运行的程序称为主程序。处理随机事件的程序称为中断服务子程序。 中断过程动画演示 中断技术的优点分时操作 CPU可以同多个外设“同时”工作实时处理 CPU及时处理随机事件故障处理 电源掉电、存储出错、运算溢出 中断处理过程示意图中断源发中断请求中断响应条件 是否满足?中断是否受阻? 把PC断点地址压入堆栈 相应中断源的中断入口地址送入PC,转向中断服务程序NYYN 由硬件自动完成 关中断保护现场中断服务 开中断 关中断恢复现场 开

12、中断中断返回断点地址由堆栈弹入PC保护现场和恢复现场的过程中不允许中断,以免现场遭到破坏。保护和恢复现场之后的开中断是为了允许有更高级中断打断此中断服务程序。 硬件自动完成中断服务程序一个程序的整体框架如何呢?传感器采样对采集的数据进行处理,包括滤波得到偏差值erro算法处理得到舵机和电机的输出循环处理算法一:PID控制经典PID控制增量PID控制 比例控制能迅速反应误差,从而减小稳态误差。但是,比例控制不能消除稳态误差。比例放大系数的加大,会引起系统的不稳定。 积分控制的作用是,只要系统有误差存在,积分控制器就不断地积累,输出控制量,以消除误差。因而,只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误

13、差,使系统误差为零,从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。 微分控制可以减小超调量,克服振荡,使系统的稳定性提高,同时加快系统的动态响应速度,减小调整时间,从而改善系统的动态性能。 总结:应用PID控制,必须适当地调整比例放大系数KP,积分时间TI和微分时间TD,使整个控制系统得到良好的性能。PID算法在差速车上的应用。算法二:棒棒控制 总结 几个有用的网站/数据手册下载ALLDATASHEET.COM is the biggest online electronic component datasheets search engine.If You cant search it here,Nowhere else in the world. Youll less likely find it./智能车论

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