飞思-fly-d技术报告第六届飞思杯全国生

关于技术报告和研究使用的说本人完全了解第六届“飞思”杯大学生智能汽车邀请赛关者本人，比赛和飞思半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的、图像资料，日本技术报告主要了基于Freescale公司的XS128制作的自主巡线智能车的设计方案和原理，将从机械结构设计，硬件电路设计，算法设计以LABVIEW处理无线串口模块发回的数据可以使调试：FreescalePIDInthisessay，wemainlydiscussthephilosophyanddesigningexperiencesofself-directedsmartvehiclemodelbasedonthechipXS128producedbyFreecalecompany.Thepassageisconsistedoffourpartswhicharethedesigningofmechanicalmechanism,thedesigningofcircuit,thedesigningofprogramandsomeexperiencesofdebugging.Theservosubsystemformedbyservomotorwhichisusedtocontrolthedirectionoflasersensor,thedriversubsystemformedbyDC-motorandthemechanismofgears,thedirectingsubsystemformedbytheotherservomotorandthemechanismofconnectingbar,thespeeddetectingsubsystemandthecircuitsubsystemfinallyformthewholevehiclemodel.WiththehelpofPIDtheory,weplishthemissionandmadeaself-directedsmartDuringtheperiodofdebugging,weuseLab-viewtoprocessthedatagotfromwirelessmodulewhiakesthingseasier. .................................................................................................................................................III第一章引言-------------------第八章总结--到，大家都有很大的提高。今年由于虚线的则出现，我们队伍遇到了各种。通过历时半年的学习、制作、调试，我们队最终实现了智能车的基本技术报告主要了基于Freescale公司的XS128制作的自主巡线智能车的设计方案和原理，从机械结构设计，硬件电路设计，算法设计以系统硬件框架下图是智能车硬件的整体框架图 针对智能车的硬件，下面将从八个方面进行详细地介绍。电源管理们必须采用指定的电池供电，因此，电源模块要达到工作效率高、电流经过一段时间的查找，对比，我们初步选定下列以下是这几种稳压部分参数的对比 压差可输出电压最大输出5155最终我们的电源管理方案如下：一、单片机、逻辑、编等需要5V电压且耗电不大，但要求稳定；小车高速跑动时电机频繁加，电源电压波动较大，所以需选用既稳定，压差也低的，我们选用一片TPS7350为其供电。 也要强，最终我们选用一片LM1084为其提供3.3V的电压。 激光电源模块原理图电机驱动模块方案。否则，就影响着车子的加性能，从而限制着车子的整体速度。以下方案一：采用一片电机控制TD340和4片场效应管此方案优点：驱动力很强，场管内阻低，不易发热；缺点：电路相对复杂，体积较大，且TD340I早已停产，买到的也不可该方案设计的电路和制作的实物如下 电机控制模块PCB图 BTS7970此模块PCB见图2-7 电机控制模块PCB图巡线传感器模块对巡线传感器的选择，我们也研究了两个方案。方案一：使用多个红外对管寻优点：成本较低，制作容易，稳定性较好缺点：前瞻小，耗电，数量不能太多，容易受干扰；其模块实物见图2- 优点：前瞻很远，能力强缺 ：制作难度大，调试麻烦，成本高，电源要求较高代一代的和换新，达到了比较满意的结果。这个方案激光前瞻可以做到60-70cm左右，而最终我们选用最稳定的使用15个单排激光的布局并不能完2-9。 第二代激光板我们不再使用7404反相驱动，因为其占用体积大；而是74154来点亮激光，并6组每2个激光同时点片机产生波给154PCB布局入了下排进瞻，见图2-10和图2-11、图2-12。 第二代激光板PCB图（上排 第二代激光板PCB图（下排 我们改进电路TL431做恒流来驱动激并且不再使用5mW的激光，50mW15的效果，减少了50mW的激光，70mA20m以上，但这样没有任何意义，近距离都是盲区，无视黑线，所以最终前瞻定在1m处，调好接收管透镜因此综合利用好大功率的激光管能更更我们选择了此方案。不过采用恒流驱动，功率变大，使电源负荷增大，这可能会影响电机加性能，见图2-13和图2-14。 第三代激光板PCB 速度测量模块优点：机械结构、电路较简单，成本较低缺点：对于磁钢的安装工艺要求较高，测量精度低因为测量精度低，不可靠，所以我们并没有采用这方案。方案二：采用脉冲编测量速一定的脉冲数，通过计算在一定时间内编输出的脉冲数，就可以算出车子快磁钢容易脱落，整个速度测量系统将产生很大误差。而脉冲编的测量精度远远比霍尔传感器的精度高而且采用脉冲编测量车子速度电路简单，安装方便稳定，适合车模的机械结构，因此我们采用脉冲编来测量智能车对于编的选用，我们认为使用单相的200P/R的已经足够，所以我们选用了欧姆龙的E6A2-CS3C型编。参数见表2-2和表2-3，安装方式见图2-15 编安装随动舵机的选择对于数字舵机与模拟舵机，我们觉得用在智能车上模拟舵机更具有优势。数字舵机虽然快，但那是自身调整的快，并不是指电机响应的速度；而我们的激光板较长，转动时产生的惯性较大，数字舵机追求完美，以达到零虚位，往往这就会造成不停的抖舵，影响巡线。所以舵机选型我们定位在高速，大扭矩和价格适中。经过我们长时间的积累和比较，我们锁定了如下几个品牌SANWA（三禾其生产的舵机速度快扭矩大面向玩车模的RCfans但其的人数太多，Hitec的舵机起初并没太多的引起我们的注意，但随着我们的了解加深，发Hitec的舵机性价比真的很高，价格适中，舵机速度也较快，扭矩满足要求，所以最终我们采用Hitec的的模拟舵机，型号为：HS-965MG其参数如图2-16，实物见图2- 人机交互界面OLED屏，同时也能有128*642-182-19. OLED屏实 按键我们使用8个独立贴片按键和8位的拨码开关来调整参数，见图2- OLED屏幕安PCB也比手工做的板体积小，精致，见图2-21和图2-22 主控板PCB 主控板实元器件与模块的选择对于智能车的硬件系统，我们坚持一个原则，能简单就简单，能轻就轻，能再小就要更小。所以我们采用的元件大部分都是贴片，不仅体积小，使电路也更稳FC而板我们则是直接在淘宝，并没有自己画板，见图2-23和图2-24 板实 关重要的作用，本章将对PCB安装及车体的机械结构调整进行描述。3.1.1计为一块多边形，平铺在底盘上，由4颗螺丝固定，见图3-1。 3.1.2端使用玻碳板来放置随动舵机，而随动舵机与激光模块的只通过铝合金舵3-2。 3.1.3转向舵机的安放3-3所示，在这样的安装方式下，舵机能够以较小的转角产生较大的转向角使车 舵机的安3.1.4 工铝片直接将编固定在塑料支架上，以保证其性能的稳定和测量的可靠性。 编的安机械部分调机构调整。对前轮的调整，目的是尽量减少车模在行进中横向的滑动，这前轮倾角调整前轮外倾和主销内倾合作可进一步缩短车轮着地点与主销轴线和地面交点间的距离，以减小前轮转向时需克服的摩擦力矩。3-5。 差速机构调整差速作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。差速机构如图-6所示。车模在过弯时车轮的轨线是圆弧，如果向左转弯，在相同的时间里，右侧走的弧线比左侧长，为了平衡这个差异，就要左边慢一点，右边快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。 入弯时，驱动电机要立刻并降到一个比较低的速度，以给微控制器及舵机转向舵机控制算转向算是智车制的，好的向法应该使转快速准确而灵敏。本次设计使用PIDPIDPID的参数，可实现在系统稳定的前提下兼顾系统的带负载能力和能力同时在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系PID差，积分项用于消除系统的稳态误差，微分项用于减小系统的超调量，增加系统稳定性。PID控制器的性能就决定于K、iKd3个系数是PID控制的。PD调节器有比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例积分微分（PID）三种类型。由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响；由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；用PID调节器实现的滞后-超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制PI调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节器。PID4- PID控制框在实际中采用下式作为舵机 调节的表达式Sum-而给转向舵机的值则为turn_dty=turn_mid-电机速度控制算平稳过弯。所以我们采用的是+PID的控制能够满足这样的要求。进入直道后，直接控制占空比，使加到驱动电机两端的平均电压为最大值，使电机迅速加速，相当于电机全压启动；速度超过直线段预设的速度限定值后，占空比调为0，相当于电机停车；速度一旦小于给定值，则立即将占空比调到最大。判断进入弯道时，立即调整输出，使到电据弯道曲率情况，改变速度给定值，同样采用上述方式，使在弯道内的速度始终接近给定值。虚线对激光车的稳定性影响对于普通直道上的虚线和趋势一致的弯道上的虚线完全可以不做处理，但当虚线出现在较大反向变化的弯道上时，如S弯上的虚线，激光极易扫出赛道，从而到错误数据而乱跑。经过长时间的实验，我们在赛道中设置了不同难度的虚线。具体看下图： 4-7赛道中的虚线（六1、遇到虚线2、遇到如S弯时非常容易冲出赛道。3、主动巡线根据丢线前激光光点和随动舵机的偏差来决定丢线后随动舵机应该怎样继续打舵。这个方案理论上是最好的解决方案，但在实际调试时，我们发现这个方案还是存在跑出赛道的概率，主要还是在S弯虚线趋势发生反向变化时，主动巡线向错误的方向巡线，导致直接失败。可能会花很多时间来做算法，而真正比赛时却用不上，反而增加了控制为了方便进行成绩对比我们也专门设计与制作了计时器，如图5-1所示 下图是我们设计的调试赛道 调试赛此次智能车大赛的开发平台为Metroworks公司的CodeWarrior5.9开发。其使用界面： CodeWarrior5.9界CodeWarrior的功能非常强大可用于绝大部分单片机系统的开发。用户可在新建工程时将的类库添加到集成环境开发环境中，工程文件一旦6-2BDM，用户可以进行一系列的调试工作，如监视寄存器状态、修改PC指针、设置断点等，这样能快速地帮助我们找到或硬件的问题。 CodeWarrior5.9调试界7-1FLY-D 车模几何尺寸（长、宽、高（毫米车模轴距/轮距（毫米车模平均电流（匀速行驶）(毫安电路电容总量（微法传感7路激光，1个光电编新增加伺服电机个1赛道信息检测空间精度（毫米赛道信息检测频率（次/秒主要集成电路种类/数车模重量（带有电池（千克1 激光模块功耗较大2 电机驱动模块效率不高3 电源滤波做得不够好4 车身重心较高5 控制策略Bug较多不过目前我们整个智能车系统还是比较稳定，能高速地在赛道上飞驰。[6]•(ClarkDennis),•(OwingsMichael),宗光华(译者[8](作者),(作者),(作者).自主移器人设计与制作.西安交通大学.2008[10].机器人制作:提高篇.航空航天大学[15],朱三元,.人工智能基础.[16].智能科学 附录部分源代#include<hidef.h> /*commondefinesandmacros*/#include<stdio.h>#include"derivative.h" /*derivative-specificdefinitions*/#include"allfun.h"int constinttabk[20]={9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,0,-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7,-8,- //对摇头偏 byteD_tabx[9]; byteU_tabx[20]; intdot_his; int //摇头舵对中立点的偏差反应赛道类型int //黑点intLast_res; intLast_dot; intRate_dot; intRate_res; intRe_sp; intBoost_time; intStart_time; intRes;int //坡道intSloap_count;//坡道判断时间intsys_time; intsloap_1; //坡道脉冲intsloap_long;// intnow_sp; intnow_sp2; intsp_mod; //是否调速int //起跑线int //刹车int //停车intstop_time;//堵转停车时间intFinish_time;//完成赛道时间intStart_flag;起跑线检测标志intStart_long;// t;//起跑线计算宽度intStart_count;//起跑线脉冲计数intstart_line;//起跑线数据个数int //摇头int //转向int //转向inttH //光点偏差反馈 //摇头舵反馈给 //下排激光反馈给下舵P //速度 //速度floatadjp=0.2; floatadjh=0.3; bytebc[2];byteti[2]; wordpittime;intintdot_pos[3][3];intDot[2];staticinthi;intvoid{ PACTL_PAEN=1;//启动脉冲累加器A //cd4520开始计数 //开PIT0}voidCtrl(void)//决策部分{staticinttime=0,Bang=0;staticintkk,jj,SUM;if((ti[0]>7)&&(Sloap==0)){Sloap=1;Sloap_count=sys_time;} //N个以 {Start_count=0;start_line=0;Star { down_tab[0][jj]|=down_tab[kk][jj];//将0位置与0以上位置的与运算,保存到0} if(SUM>0)BEG++; //是起跑线,关电}} //10msif(bc[0]<=6) dot_his=Dot[0]; //10ms打一次舵机,计算 elseRes=res; if((Sp_1-{ if(stop==0)tar_sp=Sp_1;}}//直线+PD控速if((Res>40)&&(Res<100) if((Sp_2-{else{sp_mod=1;akp=0.5;akd=0.3;tHh=0.7;tH=20;if(stop==0)tar_sp=Sp_2;}}弯if({if((Sp_2-{if({if((Sp_4-{ if(stop==0)motor_dty=0;}elseif(Res>300) {sp_mod=1;akp=1;akd=0.8;tHh=0.65;tH=8; //转向很大且又慢，直接给100%}time=sys_time-if(( //一段时间后还是上坡道elseif((ti[0]<7)&&(time<30))}}voidsloap(void) {staticintsum; //没到if((ti[1]>0)&&(bc[1]==ti[1]))if(bc[1]<=3) //10ms打一次舵机,计算 if((turn_mid-sum)>turn_mle)turn_dty=turn_mle;elseturn_dty=turn_mid-sum;}if(sloap_long>sloap_1) //完成}voidget_trend(void){if((dot_his==9)||(dot_his==10))elsedot_res=dot_his-9; //保存当前光点偏差 //保存当前摇头}voiddo_ser(void) {}voidNor_sp(void) {int elsemotor_dty=k_sp; }voidShake(intqz) //摇头P调{staticintsum;if((head_dty+sum)>head_mle)head_dty=head_mle;elseif((head_dty+sum)<head_mri)head_dty=head_mri;elsehead_dty=head_dty+sum;}voidturn_P(void) //转向P调{ if((turn_mid-sum)>turn_mle)turn_dty=turn_mle;elseturn_dty=turn_mid-sum;//转向角度=转向中值+摇头舵偏差*tHh+光点偏差}voidGet_LD_data(void) {bytei,k,dd,s; D_Scan(8);dlyus(Scan_time);// D_Scan(9);dlyus(Scan_time);// //1-- 扫描完 上排滤波处理///////////////////////////////////////////for(dd=0;dd<20;ddif(U_tabx[dd]==0ti[0 //得到tabx中黑点数 //黑点数不零时执 { //只在第一个点{缘起始

//如果第一个点为黑点{if(U_tabx[dd]<U_tabx[dd+1]){ 得到边