智能汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1 智能汽車系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案 第一章 方案設(shè)計(jì) 本章主要介紹智能汽車系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計(jì)思路，在后面的章節(jié)中將整個(gè)系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制模塊、控制算法等三部分對(duì)智能汽車控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹 和分析。 本屆智能汽車大賽攝像頭組是直立平衡組，這對(duì)我隊(duì)是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。一開始小車系統(tǒng)中我們使用 之后發(fā)現(xiàn)， 內(nèi)存較小，不能存儲(chǔ)足夠的賽道信息，于是改用了 能車的系統(tǒng)中 ，車模直立行走比賽是要求仿照兩輪自平衡電動(dòng)車的行進(jìn)模式，讓車模以兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直立行走。其運(yùn)動(dòng)控制主要可以分為三個(gè)主要任務(wù)：車模平衡控制 、車模速度控制、車模方向控制。 根據(jù)最基本保持車身平衡的基本原理，我們需要知道車身當(dāng)前的角度和角速度。因此在保持車身平衡方面，我們確定以加速度計(jì)作為角度傳感器，陀螺儀作為角速度傳感器。對(duì)于速度控制，我們使用歐姆龍編碼器進(jìn)行測(cè)速， 根據(jù)編碼器返回的速度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。使用野火鷹眼 行賽道信息的采集并實(shí)現(xiàn)方向控制。 2 遵照本屆競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定， 智能汽車系統(tǒng)采用飛思卡爾的 32 位微控制器片機(jī)作為核心控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制。攝像頭采集二值化賽道信息，返回到單片機(jī)作為轉(zhuǎn)向控制的依據(jù)。使用卡爾曼濾波將加速度計(jì)測(cè)得的角度和陀螺儀測(cè)得的角速度進(jìn)行角度合成。最后 車模平衡控制 、車模速度控制、車模方向控制疊加成對(duì)車模電機(jī)的控制，通過 主控輸出 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以保持車身的平衡和鎖定賽道。同四輪車不同，平衡組僅能使用左右輪的差速來轉(zhuǎn)彎。為了控制的準(zhǔn)確性和快速性，我們使用編碼器作為速度傳感器。編碼器返回的信號(hào)可以形成閉環(huán)，使用 制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，智能車分為以下幾個(gè)模塊： 控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊和輔助調(diào)試模塊。各模塊的作用如下： 控模塊 是整個(gè)智能車系統(tǒng)的“大腦”，用來處理和存儲(chǔ) 攝像頭采集的道路信息，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)完成對(duì)智能汽車的方向控制；同時(shí)使用陀螺儀和加速度計(jì)獲取車模行進(jìn)過程中的實(shí)時(shí)角速度和加速度信息，用以保持車模穩(wěn)定行進(jìn)； 電源模塊，為整個(gè)系統(tǒng)提供合適而又穩(wěn)定的電源； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，將主控芯片輸出的 制信號(hào)放大以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制； 速 度檢測(cè)模塊，檢測(cè)反饋智能汽車輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制； 輔助調(diào)試模塊，主要用于智能汽車系統(tǒng)的功能調(diào)試、賽車狀態(tài)監(jiān)控。 結(jié) 本章重點(diǎn)分析了智能汽車系統(tǒng)總體方案的選擇，并介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)要地分析了系統(tǒng)各模塊的作用。在今后的章節(jié)中，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 智能汽車各系統(tǒng)的控制都是在機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，因此在設(shè)計(jì)整個(gè)軟件架構(gòu)和算法之前一定要對(duì)整個(gè)模型車的機(jī)械結(jié)構(gòu)有一個(gè)全面清晰的認(rèn)識(shí)， 我們車的機(jī)械部分設(shè)計(jì)如下： 今年我們攝像頭平衡組，我們選用 E 車模， 配套的電機(jī)型號(hào)為 電機(jī) 能車的控制采用的是 雙后輪驅(qū)動(dòng) 方案。智能車的外形大致如 圖 圖 能車外形圖 第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 4 根據(jù)倒立擺原理分析可知，車模重心越低，越有利于保持平衡。 為了使小車具有較好的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向性能，我們?cè)诖罱ㄐ≤嚂r(shí)盡量選擇降低重心， 在搜集一些相關(guān)的資料和研究前面幾屆的技術(shù)報(bào)告后，歷經(jīng)三次重大結(jié)構(gòu)調(diào)整 ，我們 最終完成了車模的定型。如圖 圖 模整體結(jié)構(gòu) 第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 5 攝像頭作為賽道采集信息的傳感器， 安裝的穩(wěn)定性影響到整個(gè)車采集信息的準(zhǔn)確性，合理的高度和角度能夠獲得更大的前瞻， 攝像頭的高度還會(huì)影響到整車的重心，經(jīng)取舍之后，我們最終使用碳素桿做了一個(gè)三角支架，將攝像頭固定在上面。安裝方式如圖 第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 6 圖 像頭的安裝 加速度傳感器可以測(cè)量由地球引力作用或者物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度。為了減少車模運(yùn)動(dòng)引起的干擾，理論上加速度 傳感器安裝的高度越低越好 ；陀螺儀可以測(cè)第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 7 量物體的旋轉(zhuǎn)角速度，為了獲得正確的小車前后角速度，應(yīng)該保證陀螺儀的安裝是水平的，否則容易導(dǎo)致小車過彎加減速。經(jīng) 綜合考慮，我們決定將加速度計(jì)陀螺儀模塊安裝在小車的質(zhì)心附近，于是將其固定在攝像頭支架的底部 。 如圖 圖 速度計(jì)陀螺儀的安裝位置 實(shí)現(xiàn)對(duì)輪速的精確控制是保證小車平衡的關(guān)鍵因素之一，因此我們安裝了編碼器 實(shí)現(xiàn) 對(duì)速度的 閉環(huán)控制。 編碼器作為車模速度測(cè)量的傳感器，其安裝的合理程度將影響最終的速度反饋。在保持對(duì)稱的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)編碼器的位置，保證編碼器齒輪與電機(jī)齒輪的合理嚙合程度，防止打齒或增大阻力等弊端。其安裝位置如下圖 第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 8 圖 碼器安裝 重心的高度是影響智能車穩(wěn)定性的因素之一。當(dāng)重心高度偏高時(shí)，智能車在轉(zhuǎn)彎過程中易產(chǎn)生跳輪現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至翻車。因此，從小車穩(wěn)定性出發(fā)，我們盡量降低重心高度。在以上機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上我們做了稍微的改變，從而保證小車可靠穩(wěn)定。 結(jié) 模型車的性能與機(jī)械結(jié)構(gòu)有著非常密切的聯(lián)系。良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)是模型車提高速度的關(guān)鍵基礎(chǔ)。良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)讓我們?cè)谥笾悄苘囓浖拈_發(fā)變得更加輕松。我們非常重視對(duì)智能汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，經(jīng)過大量的理論研究和實(shí)踐，我們盡量壓低了小車的重心，從而提高了小車整體的穩(wěn)定性和可靠性。 第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 9 第三章 智能汽車硬件電路設(shè)計(jì) 我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。 這樣如果某一模塊出現(xiàn)損壞，僅需替換掉損壞模塊 ，同時(shí) 在 設(shè)計(jì)電路板的同時(shí)考慮板子的大小和形狀， 有計(jì)劃地排列板子的位置，從而優(yōu)化車子的重心 。 我們 智能車控制系統(tǒng)電路由三部分組成：主 板 、 電源模塊 、電機(jī)控制模塊。 其中，主板集成了 小系統(tǒng)板，調(diào)試模塊以及各類傳感器接口，是整個(gè)小車的中樞神經(jīng)。 圖 電源模塊的電路板 圖 源模塊電路板 本系統(tǒng)中電源穩(wěn)壓電路分別需要有 +5V， + 速度計(jì)陀螺儀模塊、鷹眼攝像頭 供電； +5V 為編碼器 、 小系統(tǒng)板 供電；+電機(jī)模塊供電， 由于整個(gè)系統(tǒng)中 +5V 電路功耗較 大 ，為了降低電源紋波，我們考慮使用線性穩(wěn)壓電路。另外， 穩(wěn)壓的線性度非常好，而且具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以我們選擇使用它作為 5V 穩(wěn)壓芯片。如下圖 圖 +壓芯片最初選用 5V 轉(zhuǎn)為 是在之后發(fā)現(xiàn) 5V 電路負(fù)載過大，易導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，后來選用 片 ， 直接 從 理圖如圖 示 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 11 圖 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路板 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 12 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片我們選擇使用 。 一個(gè)完全集成的大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用半橋。它是 有一個(gè)集成的驅(qū)動(dòng) 裝在一個(gè)一個(gè) P 溝道一個(gè) n 道低邊 列的一部分。由于 P 溝道 關(guān)的電荷泵需要被淘汰從而減少 口與微控制器是輕松的集成驅(qū)動(dòng) 能的邏輯電平輸入，用電流檢測(cè)，轉(zhuǎn)換率的調(diào)整，死區(qū)時(shí)間生成和防止過熱，過壓 ,欠壓，過流和短路保護(hù)的診斷。 提供了一個(gè)受保護(hù)的高電流 達(dá)具有非常低的電路板空間的消費(fèi)驅(qū)動(dòng)器的成本優(yōu)化的解決方案?？刂齐娐啡鐖D 示 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 13 圖 機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片原理圖 我們使用 74片作為隔離芯片。芯片原理圖如圖 示： 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 14 圖 我們使用 壓差穩(wěn)壓 芯片單獨(dú)為電機(jī)模塊隔離芯片提供電源，原理圖如 示 圖 理圖 板模塊 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 15 圖 主板的電路板： 圖 速度計(jì)陀螺儀接口 大賽規(guī)定了陀螺儀和加速度計(jì)的選用范圍。經(jīng)過挑選 ,陀螺儀使用 速度計(jì)使用 接口原理圖如圖 示： 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 16 圖 速度計(jì)和陀螺儀接口原理圖 像頭傳感器接口 我們的智能模型車自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用野火鷹眼 像頭采集賽道信息 。噪比高、速度快、穩(wěn)定性好和微光靈敏度高，其硬件二值化效果非常好。由于 干擾能力比較弱，因此需在 號(hào)線接下拉 150 歐電阻增強(qiáng)電路的抗干擾能力。其接口原理圖如圖 示： 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 17 圖 像頭接口原理圖 碼器接口 由于 沒有正交編碼，我們需要使用 D 觸發(fā)器，根據(jù) 的相位差，來獲取編碼器的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。我們使用 觸發(fā)器來判斷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。編碼器接口原理圖， D 觸發(fā)器原理圖分別如圖 示： 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 18 圖 碼器原理圖 圖 助調(diào)試模塊 在調(diào)試過程之中，我們需要實(shí)時(shí)的了解與掌握一些車的運(yùn)行狀態(tài)，比如說傳感器的狀態(tài)，調(diào)試時(shí)用 這些參數(shù)顯示出來，讓我們實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)車的狀態(tài)，從而做出判斷，這樣很大程度的方便了對(duì)車的調(diào)試。有時(shí)候需要對(duì)參數(shù)作修改處理，如果每修改一個(gè)數(shù)據(jù)就下載一次程序的話，就會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，這時(shí)應(yīng)用按鍵、撥碼開 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 19 關(guān)以及 實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)整將大大節(jié)省調(diào)試時(shí)間。撥碼開關(guān)、按鍵以及 理圖分別如圖 圖 圖 示： 圖 碼開關(guān)原理圖 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 20 圖 鍵原理圖 圖 結(jié) 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 21 硬件電路是模型汽車系統(tǒng)的必備部分。只有穩(wěn)定的硬件電路才能保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路之時(shí)，考慮了很多問題，采用了模擬部分與數(shù)字部分隔離等措施。我們的硬件電路的設(shè)計(jì)思想是在保證正確檢測(cè)信號(hào)的前提下，盡可能精簡(jiǎn)電路。 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 高效 的軟件程序是智能車高速平穩(wěn)自動(dòng)尋線的基礎(chǔ)。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能車系統(tǒng)采用數(shù)字?jǐn)z像頭 像采集及校正處理就成了整個(gè)軟件的核心內(nèi)容。在智能車的轉(zhuǎn)向和速度控制方面，我們使用了經(jīng)典 糊 合使用理論計(jì)算和實(shí)際參數(shù)補(bǔ)償?shù)霓k法，使智能車能夠穩(wěn)定快速 的 運(yùn)行在跑道上。 序流程圖 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 22 P I T 控 制硬 件 初 始 化參 數(shù) 設(shè) 定直 立 控 制方 向 控 制速 度 控 制圖 像 采 集圖 像 處 理檢 測(cè) 起 跑 線結(jié) 束關(guān) P I T 控 制有沒 有開 P I T 控 制 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 23 圖 序流程圖 我們將圖像采集和圖像處理放在 數(shù)中，角度控制，方向控制，速度控制放在 斷里面。經(jīng)過長(zhǎng)期測(cè)試，這種構(gòu)架是穩(wěn)定可靠的。 衡 控制算法 車模平衡控制是通過負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)的，通過控制兩個(gè)電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)保持車模直立平衡狀態(tài)。因?yàn)檐嚹Ｓ袃蓚€(gè)輪子著地，車體只會(huì)在輪子滾動(dòng)的方向上發(fā)生傾斜?？刂戚喿愚D(zhuǎn)動(dòng)，抵消在一個(gè)維度上傾斜的趨勢(shì)便可以保持車體平衡了，為了避免對(duì)車模平衡的影響 車模 ， 車模速度、方向的控制應(yīng)該盡量保持平滑，以減少對(duì)于平衡控制的干擾 。了解 們?cè)?車模的平衡控制使用比例、微分控制 。將車模角度和角速度乘以各自相應(yīng)的系數(shù)就可以得到直立控制輸出量。具體的算法框圖如圖 圖 度控制算法圖 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 24 度 控制算法 我們通過調(diào)節(jié)車模的傾角來實(shí)現(xiàn)車模速度控制，但 為了避免影響車模平衡控制，這個(gè)車模傾角的改變需要非常緩慢的進(jìn)行 ， 因此在算法中 ， 速度控制輸出量的變化函數(shù) 均勻分配在 20個(gè)角度控制函數(shù)周期內(nèi)，這樣可以保證車模的穩(wěn)定性。 速度控制周期為 100毫秒。讀取兩個(gè)編碼器脈沖累加值，利用 100毫秒的脈沖數(shù)量可以反映車模的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 據(jù)返回的速度值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整 ， 從而進(jìn)行速度的 閉環(huán)控制。 車模速度采用兩個(gè)電極速度的平均值。具體的算法框圖如圖 圖 度控制算法框圖 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 25 向 控制算法 在方向控制中，通過 攝像頭 對(duì)賽道信息進(jìn)行采集，經(jīng)過相關(guān)處理之后，計(jì)算得方向偏差。以此作為方向控制的輸入量。通過左右電機(jī)速度差驅(qū)動(dòng)車模轉(zhuǎn)向消除車模距離道路中心的偏差。通過調(diào)整車模的方向，再加上車前行運(yùn)動(dòng)，可以逐步消除車模距離中心線的距離差別。這個(gè)過程是一個(gè)積分過程，因此車模差動(dòng)控制一般只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的比例控制就可以完成車模方向控制。我們引入 分控制。 由于經(jīng)典 是我們引入模糊 據(jù)不同的偏差給定不同的 過大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)小車直線行駛更加穩(wěn)定，彎道反應(yīng)更加靈敏。 像頭圖像處理 算法 道中線合成 賽道邊線提取我們采用邊緣跟蹤 +智能延伸掃描算法。 思路如下：攝像頭采集到圖像之后，掃描一幀圖像的最底下三行，獲取邊緣的根，從下面第四行開始使用邊緣跟蹤算法在下一行的理論位置附近掃描邊線，當(dāng)超出邊緣跟蹤的范圍之后，由最后一個(gè)點(diǎn)的顏色判斷是應(yīng)該向左還是右繼續(xù)掃描邊線，直到 找到邊線為止。 賽道中線的合成分為三種情況： 第一種：左右邊均存在，此時(shí)求左右邊的均值即可。 第二種：丟失一邊邊線，此時(shí)左邊線加上（右邊線減去）最近一次保存的中 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 26 線與邊線的差值。這樣能補(bǔ)出相對(duì)準(zhǔn)確的中線。 第三種：左右邊線均沒有（常見于十字），此時(shí)用一個(gè)缺省值（中值）作為中線，并設(shè)置標(biāo)志位表示此處開始完全丟線。繼續(xù)向下掃描邊線以及合成中線。當(dāng)再一次能掃描到左右邊線時(shí)，反向回補(bǔ)一條正確的邊線直到標(biāo)志位那行。 礙識(shí)別算法 路障的出現(xiàn)給直立小車帶來了非常大的影響，如若盲目的沖撞上去，必然會(huì)導(dǎo)致翻車兒 無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行本圈的比賽，因此，我們必須識(shí)別并作出特殊化處理， 在邊線提取時(shí) ， 如果兩條邊線中有一條邊線保持平穩(wěn)變化 ， 另一條邊線突然 出現(xiàn)跳變，并且跳變的邊線跳變前的前、左、右三向均為黑色（如圖 示），我們便認(rèn)為小車前方出現(xiàn)了路障，對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)行短暫的周期處理，使小車向障礙的另一側(cè)偏移，從而達(dá)到平穩(wěn)過路障的效果。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 27 圖 集的路障圖像 字彎處理算法 識(shí)別人字彎是在左右邊線交匯于一點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)的 （如圖 ，左右邊線在下一行沒有了 ， 此時(shí)啟動(dòng)識(shí)別斑馬線的算法 ， 經(jīng)計(jì)算確認(rèn)前方是人字彎后 ， 判斷出一個(gè)最佳的強(qiáng)轉(zhuǎn)位置和強(qiáng)轉(zhuǎn)的方向 ，我們 對(duì)方向控制進(jìn)行一定周期的控制 ， 強(qiáng)制輸出最大值 ， 向另一方向猛打方向 ， 等過去之后 ， 再正常尋線，進(jìn)行偏差的修正 。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 28 圖 集的十字彎圖像 本章詳細(xì)介紹了智能汽車的控制軟件的設(shè)計(jì)和思路。傳感器部分重點(diǎn)介紹了攝像頭傳感器的原理和算法。在控制策略上主要介紹了直立車的平衡控制，速度控制，方向控制和攝像頭的信息處理上。 第五章系統(tǒng) 調(diào)試 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 29 發(fā)工具 程序開放在 進(jìn)行， 司為 處理器開發(fā)的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境 (下面簡(jiǎn)稱 比較其他的 發(fā)環(huán)境， 有入門容易、使用方便和代碼緊湊等特點(diǎn)。 包含一個(gè)全軟件的模擬程序 (用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種 核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運(yùn)行環(huán)境。從中可以了解和評(píng)估 功能和使用方法。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 30 為了觀察攝像頭采集圖像的直觀效果，我們還采用了 紅樹偉業(yè) 調(diào)試助手作為輔助開發(fā)調(diào)試工具。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能車系統(tǒng)采用 數(shù)字 攝像頭采集賽道信息，分析處理之后用來編寫黑線識(shí)別及控制算法。雖然直接將攝像頭通過視頻接口連接到電視可觀察到攝像頭所采的圖像，但對(duì)于圖像分析不夠方便，且無(wú)法實(shí)時(shí)精確地反饋出一些特定信息。 紅樹偉業(yè) 調(diào)試助手是一套基于 平臺(tái)的圖像顯示與處理程序，可完成賽道顯示及相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)反饋 。 運(yùn)行界面如圖 示。 顯示區(qū)域可顯示原始圖像及處理后的中心點(diǎn)，這為控制算法的編寫提供了非常好的依據(jù)，也大大減少了調(diào)試者的工作量。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 31 位機(jī) 一種串口上位機(jī)虛擬示波器 ，它可以較好地顯示實(shí)時(shí)顯示波形。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能車系統(tǒng)同時(shí)采用陀螺儀和加速計(jì)來測(cè)量車子的角度。為了能精確地反饋出陀螺儀和加速度測(cè)量的值，我們使用 實(shí)時(shí)顯示兩個(gè)傳感器的值 ， 更有利于精確的角度合成 。 運(yùn)行界面如圖 示 圖 位機(jī)運(yùn)行界面 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 32 示波器可以用來顯示陀螺儀 ， 加速度計(jì) ， 和合 成角度的波形。 在調(diào)試參數(shù)的時(shí)候，我們用無(wú)線藍(lán)牙串口模塊來傳輸數(shù)據(jù)，利用藍(lán)牙模塊我們收發(fā)數(shù)據(jù)方便了很多。無(wú)線藍(lán)牙模塊是由主模塊和從模塊組成。從模塊只有一個(gè)藍(lán)牙模塊，引出接口包括，和，此模塊與單片機(jī)相連，用來發(fā)送單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)或接收從上位機(jī)傳過來的數(shù)據(jù)。主模塊為 口和藍(lán)牙主模塊的組合，操作 串口即可從藍(lán)牙主模塊收發(fā)數(shù)據(jù)。藍(lán)牙主 從模塊如圖所示。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 33 車模調(diào)試分為調(diào)試準(zhǔn)備、靜態(tài)參數(shù)整定、動(dòng)態(tài)參數(shù)整定、車模機(jī)械調(diào)整和競(jìng)賽策略制定等各個(gè)環(huán)節(jié)。整個(gè)調(diào)試中涉及到的參數(shù)和部件非常多，而且這些參數(shù)之間還有著緊密的相互影響。如果對(duì)于其中的物理過程認(rèn)識(shí)不清，有沒有正確的調(diào)試步驟，那么在調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤現(xiàn)象就會(huì)掩蓋正確的原因，影響整個(gè)調(diào)試進(jìn)程，甚至?xí)?dòng)搖制作的信心。 智能車是一個(gè)整體，所以無(wú)法單獨(dú)調(diào)試單一的參數(shù)。大多數(shù)情況下速度，角度等要綜合起來考慮。 通過組委會(huì)提供的 譯軟件的在線調(diào)試功能，可以得到大量的信息，為智能汽車的調(diào)試提供了很大的幫 助。 在智能汽車的調(diào)試過程中，有針對(duì)性的開發(fā)一個(gè)便于人機(jī)交互的上位機(jī)系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單明了的可視化界面直觀的顯示智能汽車的狀態(tài)對(duì)調(diào)試有很大幫助。我們開發(fā)了用于監(jiān)測(cè)智能汽車實(shí)時(shí)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大大提高了調(diào)試效率。 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 34 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 賽車基本參數(shù) 長(zhǎng) 30 21 38重 1350g 功耗 空載 10W 帶載 大于 12W 電容總?cè)萘?1479感器 歐姆龍 500 線 編碼器 2 個(gè) 像頭 1 個(gè) 第六章模型車的主要技術(shù)參數(shù) 35 個(gè) 個(gè) 賽道信息檢測(cè) 視野范圍（近瞻 /遠(yuǎn)瞻） 22/139度 (近 /遠(yuǎn) ) 7/21率 70論 自報(bào)名參加 “飛思卡爾 ”杯智能汽車競(jìng)賽以來，我們小組成員從查找資料、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、組裝車模、編寫程序一步一步的進(jìn)行，最后終于完成了最初目標(biāo)，定下了現(xiàn)在這個(gè)設(shè)計(jì)方案。 在此份技術(shù)報(bào)告中，我們主要介紹了準(zhǔn)備比賽時(shí)的基本思路，包括機(jī)械、 硬件電路 以及最重要的控制算法的創(chuàng)新思想。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，我們分析了 攝像頭安裝的高度，陀螺儀的安裝高度以及在其 他細(xì)節(jié)方面的優(yōu)化。在電路方面，我們以模塊形式分類，在最小系統(tǒng)、主板、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 、 電源等模塊分別設(shè)計(jì)，經(jīng)過不斷實(shí)驗(yàn)，最后決定了我們最終的電路圖。在程序方面，我們使用 C 語(yǔ)言編程，利用比賽推薦的開發(fā)工具調(diào)試程序，經(jīng)過小組成員不斷討論、改進(jìn)，終于設(shè)計(jì)出一套比較通用穩(wěn)定的程序。在這套算法中，我們結(jié)合路況調(diào)整車速，做到直道加速、彎道減速，保證在最短時(shí)間內(nèi)跑完全程。 在這幾個(gè)月的備戰(zhàn)過程中，場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)方面都得到了學(xué)校和學(xué)院的大力支持，在此特別感謝一直支持和關(guān)注智能車比賽的學(xué)校和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及各位指導(dǎo)老師、指導(dǎo)學(xué)長(zhǎng)，同時(shí)也感謝 比賽組委會(huì)能組織這樣一項(xiàng)有意義的比賽。 現(xiàn)在，面對(duì)即將到來的大賽，在歷時(shí)近五個(gè)月的充分準(zhǔn)備以及華北賽的考驗(yàn)之后，我們有信心在全國(guó)比賽中取得優(yōu)異成績(jī)。也許我們的知識(shí)還不夠豐富，考慮問題也不夠全面，但是這份技術(shù)報(bào)告作為我們小組辛勤汗水的結(jié)晶，凝聚著我們小組每個(gè)人的心血和智慧，隨著它的誕生，這份經(jīng)驗(yàn)將永伴我們一生，成為我們最珍貴的回憶。 37 參考文獻(xiàn) (1) 張?jiān)粕鷮?shí)時(shí)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用 M