智能车设计教程第6章

1、第六章智能汽车设计实践光电池设计，第六章智能汽车设计实践光电池设计，6.1机械设计，6.1.1光伏传感器布局6.1.2伺服安装6.1.3速度传感器安装，6.1.1光电传感器布局传感器的间距是否合适，过度弯曲的准确性和超速防止影响很大。设定传感器间距的原则是，要满足一定的密度，使在弯道上走的轨迹比较准确，尽可能大的横向控制范围，防止速度。(约翰f肯尼迪，Northern Exposure(美国电视电视剧)，如果正确设置了传感器间距，则当轨道发生一些变化时，小车的控制单元会相应地反应(改变前轮转动)，使通过弯道的轨迹与弯道大致一致，准确度很好。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，)，传感器的径向探

2、测距离，(1)“1”字形布局：“1”字形布局是传感器最常见的布局形式。也就是说，每个传感器位于直线上，以确保纵向一致性。如图6.1所示，控制策略主要集中在横向上。图6.1“1”字形布局、传感器的径向探测距离、(2)“8”字形布局：“8”字形布局与横向上的“1”字形布局类似，但添加了纵向特性，在一定程度上向前看。图6.2“8”字形布局、传感器的径向探测距离、(3)为了提前预测“W”字形布局：角的出现，可以将左右两端的传感器适当地向前放置，以形成“W”字形布局。也可以使用“W”字形布局。光电池如图6.3所示排列。图6.3“W”字形布局，6.1.2舵机安装，智能车中的舵机输出角通过连杆传动控制前轮转

3、动。舵是系统中具有更大时间常数的惯性环。时间延迟与旋转角度成正比，与关键点的响应速度成反比。对于速度要求很高的智能车来说，键的响应速度是影响鞋跟最高速度的重要因素。尤其是对前途不充分的智能汽车来说。(David aser，Northern Exposure，美国电视电视剧，Northern Exposure)，6.1.2舵机安装，驾驶控制前轮转动速度的一种茄子方法是利用杠杆原理，在舵机的输出板上安装长输出臂。其安装图见图6.4。图6.4舵机安装图，6.1.3速度计传感器安装，为了减少智能车的质量，速度测量时应使用质量轻、精度高的传感器。为了不影响加速性能，编码器的传动齿轮较小，基本上等于电动机

4、的齿轮。安装图如图6.5所示。图6.5速度传感器安装，6.2硬件设计，6.2.1 HCS12控制核心6.2.2电源管理单元6.2.3路径识别单元6.2.4速度检测模块6.2.5伺服控制单元6.2.6智能车辆控制系统硬件结构主要包括HCS12控制核心、电源管理单元、路径识别电路、速度检测模块、转向伺服电动机控制电路和直流驱动，图6.6系统硬件结构、6.2.1 HCS12控制核心、HCS12控制核心设备可以直接使用组织委员会提供的MC9S12EVKX电路板，也可以直接购买MC9S12DG128微控制器，创建符合需要的最小开发系统。6.2.1 HCS12控制核心，MC9S12DG12B单筹码针脚图6

5、.7所示。，图6.7 MC9S12DG12B单筹码针脚图、6.2.1 HCS12控制核心、光电方案中相应的I/O端口具体分配如下：PH通信端口和PA端口用于汽车光电管发光控制。PT0用于速度检测输入；PB端口用于显示汽车的各种性能参数。PWM0(PP0针脚)和PWM1(PP1针脚)结合了伺服伺服伺服伺服伺服伺服伺服阵列的PWM控制信号输出。PWM2(PP2针脚)和PWM3(PP3针脚)组合了驱动马达的PWM控制信号输出(马达正向)。PWM4(PP4针脚)和PWM5(PP5针脚)组合了驱动马达的PWM控制信号输出(反转马达)。在连续路径识别算法中，PAD端口用于传感区域光电接收管电压信号的输入端

6、口。6.2.2电源管理单元，电源管理单元是智能车硬件设计的重要组成部分，是组织委员会提供的7.2 V 1800 mA Ni-cd蓄电池的电压调节。如果系统的各个部分需要正常工作，则每个模块的电压值分为3个齿轮：5 V、6.5 V和7.2 V。6.2.2电源管理单元、电源管理单元主要用于以下三个茄子方面：(1)使用稳定压管筹码L7805CV将电源电压调节到5 V后，为系统芯片电路、路径识别光电传感器电路、速度检测角编码器电路和车手筹码MC33886电路供电。(2)通过二极管下降到约6.5 V，然后供应转向伺服电动机。(3)直流驱动电动机的直接供给。6.2.2电源管理设备，同时考虑到稳压器筹码L7

7、805CV的额定输出电流较小，使用两个L7805CV为单个筹码电路、速度检测电路、车手筹码电路和光电传感器电路供电，以确保系统正常工作。调节器电路如图6.8所示。图6.8电压调节器电源装置、6.2.3路径识别装置、在光电方案中通过红外发光管发射红外线的跑道表面和中心线徐璐具有不同的反射强度，因此可以使用红外接收管检测牙齿信息。通过合理安排红外发射/接收管的空间位置，可以检测智能车相对于前方道路的位置。红外发射接收管通常放置在模型车的前面，可以安装成一排，也可以前后安装两行，传感器的总数受比赛规则限制。6.2.3路径识别装置、红外接收管在收到从道路反射的红外线后，可以发生电压的变化，以反映轨道中

8、心线的位置。牙齿电压信号可以通过外部电压比较器从单个筹码微计算机的I/o端口更改为高电平，或通过单个筹码A/D端口直接读取。从I/o端口读取的参考电路如图6.9所示，从A/D端口直接读取的参考电路如图6.10所示。图6.9 I/O通信端口读取电路、图6.10 A/D通信端口读取电路、6.2.3路径识别设备可以采取以下措施消除此类干扰：(1)选择发送和接收方向良好的红外传感器。(2)选择集成发送和接收的红外传感器。牙齿传感器的外壳可以抑制相邻干扰。(3)在红外接收管上安装黑色套，以减少相互干扰，使其只能接收前方特定角度内的红外光线。(4)交替使用相邻的红外发射/接收管(即“点火”)。牙齿方法不仅

9、减少了相邻红外传感器之间的干扰，还减少了整个传感器的功耗。为了增加光电管发射功率的影响，未来的距离，必须增加光电管红外发射功率，以提高返回的红外线的强度。这样不仅增加了电池功耗，还缩短了红外发射管的寿命。为了解决牙齿问题，可以利用红外接收管的快速响应速度，采用光电池脉冲发射/接收方法进行处理。红外发射管以周期脉冲方式工作，可以大大减少平均工作电流，降低整个发射电路的功耗。，6.2.4车速检测模块除了调整前轮的方向外，还必须调整车速，以便模型车沿轨道平稳运行。、通过速度检测，可以对车辆模具速度进行闭环反馈控制。另外，采用基于路径内存的控制策略时，为了获得公路信息，必须获得智能车的行驶距离，并通过

10、车辆速度检测模块间接实现。6.2.4速度检测模块，速度检测通常通过检测驱动电动机速度来实现。比赛中使用的一般速度测量方法如下：1角码盘2反射式光电检测3孔传感器检测、角码盘、角码盘分为绝对位置输出和增量位置输出两种。通常可以使用增量编码器光盘。输出脉冲的数量与马达旋转的角度成正比，因此编码盘输出脉冲的频率与旋转速度成正比。通过测量单位周期内的脉冲数或脉冲周期，可以获得脉冲的频率。反射式光电检测，许多团队将黑白码贴在后轮齿轮传动板上，通过安装在码板侧面的反射式红外传感器读取光盘上的旋转脉冲。其原理类似于角编码盘的速度测量机制。霍尔传感器检测，在后轮轮毂上贴一个或两个小永久磁铁，并在附近固定霍尔传

11、感器。霍尔元件有三个针，其中两个是电源针和接地针，另外两个是输出信号针，通过一个拉力电阻连接到5 V电压，就可以形成开关脉冲信号。后轮马达每星期能产生一到两个脉冲信号。牙齿方法简单、便宜，但速度测量准确度不如以前的方法。永磁自身的体积决定了不能在后轮轮毂上安装太多的软盘，因此，速度测量精度不高的团队可以考虑牙齿方法。6.2.5伺服控制单元，伺服本身是位置伺服系统。由方向舵、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电动机和控制电路组成。通过内部位置反馈，舵输出边与指定的控制信号成比例，因此，可以对该控制使用开环控制方法。如果载荷力矩小于最大输出力矩，则输出角度与指定的脉冲宽度成正比。但是，实际上，由于伺

12、服反应的延迟性，智能车的伺服角一般不能在一个控制周期内达到指定的设定角度，因此，可以在伺服外安装一个位置反馈装置，形成双闭环系统，从而实时检测和控制键的旋转角度。6.2.5键控制单元，键控制单元使用组织委员会提供的Futaba公司S3010型键作为智能车辆方向控制部件。图6.14转向伺服电动机实物图，6.2.6直流驱动电动机控制装置，直流驱动电动机控制电路主要用于控制直流电动机的旋转方向和旋转速度。变更直流马达两端的电压可以控制马达的旋转方向。控制直流电动机转速有不同的方案，比较常用的方法是采用PWM控制。驱动回路可以直接使用MC33886电动机驱动芯片，也可以使用大功率MOS管道自行设计电动

13、机驱动回路。MC33886全桥驱动器电路，在使用MC33886全桥驱动器时，可以并行使用MC33886以提供更大的驱动电流。MC33886三个并行驱动电动机硬件电路如图6.15所示。图6.15马达驱动硬件电路图、大功率MOS管马达驱动电路、大功率MOS管构建马达驱动电路时，在保证大电流驱动马达的同时，有效地防止多个MC33886并行时筹码分散导致的驱动芯片的部分切片不发热的现象。但是，由分离元件组成的驱动电路的稳定性低于集成芯片。，图6.16 MOS管配置马达驱动电路，6.3软件设计，6.3.1初始化算法6.3.2路径离散识别算法6.3.3路径连续识别算法6.3.4控制战略和控制算法，6.3软

14、件设计，智能车辆控制系统光伏系统软件程序的主要过程是初始化单片机(I/o模块，PWM模块，计时器模块，计时器模块这里，定时中断检测汽车的当前速度，用作汽车速度闭环控制的反馈信号。6.3软件设计，光电池情景主节目流程图见图6.17。图6.17光电方案主节目流程图、6.3.1初始化算法、1相固定环路初始化2A/D初始化3PWM初始化4计时器初始化、6.3.2路径离散识别算法、6.3.2路径离散识别算法、路径离散识别算法是输入杨怡开关量，因此即使对硬件和算法的要求低、传感器数多，也可以获得较高的识别精度。但是，一个茄子缺点是路径信息只是基于间隔放置的传感器的离散值，不能为两个相邻传感器之间的“盲点”

15、提供有效的距离信息，因此路径识别精度在传感器间隔上受到了极大限制。此外，离散算法获得的路径信息是离散值，因此将离散路径信息直接应用于方向切换和速度控制策略会导致方向切换和速度控制阶段的离散变化。这会对智能车的性能产生不利影响。此时，关键转向和速度控制僵化，关键操作对路径变化不敏感，关键输出方向与路径相比是阶段性延迟响应，容易发生超速和振动现象，追求高速度、短决策周期的控制策略比关键响应低，因此很有可能发生控制失败。(威廉莎士比亚，Northern Exposure(美国电视电视剧)，6.3.3路径连续识别算法，路径连续识别算法通过单个筹码A/D端口读取接收管电压。每个红外接收管道距离的公路中心

16、线的距离引起的电压变化通过A/D转换为相应的数值量，然后通过插值操作得到更准确的路径信息。但是，由于零件制造工艺引起的分散问题，各光电池的性能特性，特别是电压波动范围有很大的不同，在建立算法的统一标准方面存在困难。为了解决牙齿问题，可以将每个传感器的电压值规范化为传感器最大电压(白色区域的电压)和最小电压(黑色区域的电压)的更改百分比，以使所有特性曲线的范围牙齿为0100。6.3.3路径连续识别算法，比赛前预先确定光电池，找出每个光电池对黑线的敏感程度，在字典校准过程中存储每个光电池的最大值和最小值，从最大值中减去最小值，得到每个传感器的轨道的输出范围。在轿车行驶过程中，将每个传感器输出的信号

17、从最小值中减去，然后除以传感器的输出范围即可，与牙齿值相对应的光电池下的黑色线的比率为最大值，找到牙齿光电池旁边的另外两个光电池。可以根据牙齿三个茄子的值计算黑色善意的准确位置。6.3.4控制战略和控制算法，控制一角的控制二次速度的控制三路径内存算法，6.3.4控制战略和控制算法，即确保小车在笔直的路上以最快的速度行驶。进入弯道的过程中，尽快放慢速度，将方向转向适合弯道的曲率，确保小车平稳旋转，在弯道上保持恒定速度。从弯道进入直线路时，小车的舵要移到中间，速度要立即上升，直到全速为止。为了实现这种控制思想，可以使用多种控制方法控制小车的转角和速度。角控制，为了使伺服快速移动到所需角度，首先通过前排接收光电池检测黑线