智能車制作全過程

1、智能車制作全過程(飛思卡爾)前言：僅為有飛思卡爾智能車競(jìng)賽或其他車類競(jìng)賽參賽需求的朋友提供參考。對(duì)于文中的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)，本版主不保證完全正確性。版權(quán)原作者所有。(本人在很久以前做的一輛用來比賽的智能車-獲得華北一等獎(jiǎng),全國(guó)二等獎(jiǎng),有許多可改進(jìn)地方.)下面我們來立即開始我們的智能車之旅: 首先,一個(gè)系統(tǒng)中,傳感器至關(guān)重要. 不管你的cpu的速度如何的快,通信機(jī)制如何的優(yōu)越,系統(tǒng)的精度永遠(yuǎn)無法超越傳感器的精度 .是的,在這個(gè)系統(tǒng)中,傳感器的精度,其準(zhǔn)確性就顯得至關(guān)重要.如果你問我傳感器的電路,呵呵,我早就和大家分享了,在我發(fā)表的日志中,有一篇的文章就詳細(xì)的說明了傳感器的硬件電路以及可以采取的信號(hào)

2、采樣方式. 傳感器安裝成一排,如上面排列.(就是個(gè)一字排列,沒有什么特別) 接下來,看看我們?nèi)绾翁幚韨鞲衅鞯玫降男畔? 大家看到了.結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,我們已經(jīng)搞定了傳感器通路.下面我們來看看多機(jī)的控制方面的問題: 其實(shí),不管是便宜還是比較貴的舵機(jī),都是一樣的用法.舵機(jī)的特點(diǎn)就是不同的占空比方波就對(duì)應(yīng)著舵機(jī)的不同轉(zhuǎn)角.當(dāng)然不同的舵機(jī)有不同的頻率要求.比如我用的這個(gè)舵機(jī):方波頻率50hz.怎么改變占空比?這個(gè)不就是pwm模塊的功能嘛.pwm模塊可以輸出任意占空比的方波.只要你控制其中的占空比寄存器,就可以直接控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角.你只要將傳感器的狀態(tài)和這個(gè)占空比對(duì)應(yīng)上,不就ok了?就這么簡(jiǎn)單,做到這里,你就可

3、以讓你的車在跑道上跑了! 接下來,我們的工作是讓智能車更加完善:速度要穩(wěn)定. 在當(dāng)前的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,要使一個(gè)系統(tǒng)更穩(wěn)定更可靠,閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)選擇.(如果你不知道什么是閉環(huán)系統(tǒng),可以參照我的文章里面的一篇基于單片機(jī)的pid電機(jī)調(diào)速),既然是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),速度傳感器是必不可少的,用什么樣的傳感器做為速度反饋呢:仔細(xì)看,和后輪之間有一條皮帶的這個(gè)貌似電機(jī)的東西,就是我的速度傳感器,它的學(xué)名叫旋轉(zhuǎn)編碼器.這個(gè)器件的特點(diǎn)就是:每轉(zhuǎn)一圈,就會(huì)從輸出端輸出一定的脈沖,比如我這個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器是500線的,就是轉(zhuǎn)一圈輸出500個(gè)脈沖.因此,我只要在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸出端輸出的脈沖數(shù),我就可以計(jì)算出車輛的速度.顯然,這

4、個(gè)速度可以用來作為pid速度調(diào)節(jié)的反饋. 現(xiàn)在有了反饋,我們需要的是調(diào)節(jié)智能車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度了,如何來調(diào)速,就成了必須解決的問題了.我用的是驅(qū)動(dòng)芯片mc33886.其實(shí),這個(gè)芯片就是一個(gè)功率放大的模塊.我們知道,單片機(jī)輸出的pwm信號(hào)還是ttl信號(hào),是不能直接用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的.非要通過功率模塊的放大不可.這個(gè)道理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就像上次我給大家畫的哪個(gè)電子琴電路的放大電路一樣: 看上面的那個(gè)三極管,就是將ttl電路的電流放大,才能夠來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器.其實(shí)這里的這個(gè)mc33886就是這樣的一個(gè)作用.而且我們自己也完全可以用三極管自己搭建一個(gè)這樣的功率放大電路,當(dāng)然,驅(qū)動(dòng)能力肯定不如這里的這個(gè)mc33886

5、(如我們用三極管就搭建了超過mc33886的電路,摩托羅拉就不會(huì)賣幾十塊錢一個(gè)了.呵呵.)知道了這個(gè)mc33886的工作原理,就好說了,一句話,通過pwm來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度.當(dāng)方波中高電平占的比例大,電機(jī)的平均電壓肯定高,轉(zhuǎn)速肯定快.也就是說,pwm的占空比越大,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高. 看,就這么簡(jiǎn)單,這個(gè)智能車就做好了.接下來,我們就把我們知道的pid知識(shí)放到舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中去.就可以達(dá)到一個(gè)比較好的控制效果. 如果要達(dá)到更高的水平,肯定機(jī)械方面的改造也少不了.當(dāng)然,這不屬于本文的討論范圍.呵呵.智能車制作全過程(飛思卡爾-舵機(jī)篇) post by：2009-02-21 10:14:34 智

6、能車的制作中,看經(jīng)驗(yàn)來說,舵機(jī)的控制是個(gè)關(guān)鍵.相比驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速,舵機(jī)的控制對(duì)于智能車的整體速度來說要重要的多.pid算法是個(gè)經(jīng)典的算法,一定要將舵機(jī)的pid調(diào)好,這樣來說即使不進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速(勻速),也能跑出一個(gè)很好的成績(jī).機(jī)械方面:從我們的測(cè)試上來看,舵機(jī)的力矩比較大,完全足以驅(qū)動(dòng)前輪的轉(zhuǎn)向.因此舵機(jī)的相應(yīng)速度就成了關(guān)鍵.怎么增加舵機(jī)的響應(yīng)速度呢?更改舵機(jī)的電路?不行,組委會(huì)不允許.一個(gè)非常有效的辦法是更改舵機(jī)連接件的長(zhǎng)度.我們來看看示意圖:從上圖我們能看到,當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),左右輪子就發(fā)生偏轉(zhuǎn).很明顯,連接件長(zhǎng)度增加,就會(huì)使舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更小的轉(zhuǎn)角而達(dá)到同樣的效果.舵機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度需

7、要一定的時(shí)間.不如說(只是比喻,沒有數(shù)據(jù)),舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)10度需要2ms,那么要使輪子轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度,增長(zhǎng)連接件后就只需要轉(zhuǎn)動(dòng)5度,那么時(shí)間是1ms,就能反應(yīng)更快了.據(jù)經(jīng)驗(yàn),這個(gè)舵機(jī)的連接件還有必要修改.大約增長(zhǎng)0.5倍2倍.在今年中,有人使用了兩個(gè)舵機(jī)分別控制兩個(gè)輪子.想法很好.但今年不允許使用了.接下來就是軟件上面的問題了.這里的軟件問題不單單是軟件上的問題,因?yàn)槲覀円獱可娴絺鞲衅鞯牟季謫栴}.其實(shí),沒有人說自己的傳感器布局是最好的,但是肯定有最適合你的算法的.比如說,常規(guī)的傳感器布局是如下圖:這里好像說到了傳感器,我們只是略微的一提.上圖只是個(gè)示意圖,意思就是在中心的地方傳感器比較的密集,在兩

8、邊的地方傳感器比較的稀疏.這樣做是有好處的,大家看車輛在行駛到轉(zhuǎn)彎處的情況:相信看到這里，大家應(yīng)該是一目了然了，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，車是偏離跑道的，所以兩邊比較稀疏還是比較科學(xué)的，關(guān)于這個(gè)，我們將在傳感器中在仔細(xì)討論。在說到接下來的舵機(jī)的控制問題，方法比較的多，有人是根據(jù)傳感器的狀態(tài),運(yùn)用查表法差出舵機(jī)應(yīng)該的轉(zhuǎn)角,這個(gè)做法簡(jiǎn)單,而且具有較好的濾波效果,能夠?qū)㈠e(cuò)誤的傳感器狀態(tài)濾掉;還有人根據(jù)計(jì)算出來的傳感器的中心點(diǎn)(比如第四個(gè)和第五個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線,中心點(diǎn)就是4.5),計(jì)算出舵機(jī)需要的轉(zhuǎn)角,這個(gè)做法也比較的簡(jiǎn)單,但是必須有一個(gè)濾波的過程,必須要濾掉錯(cuò)誤的傳感器狀態(tài).比如說:現(xiàn)在傳感器第四個(gè),第五個(gè)和

9、第11個(gè)檢測(cè)到了黑線,顯然第11個(gè)應(yīng)該是個(gè)傳感器檢測(cè)錯(cuò)誤.應(yīng)該把它濾掉.關(guān)于這個(gè)如何濾波,我們待會(huì)在后面將進(jìn)行討論.還有人的做法就是采用pid算法,這個(gè)方法比較的好,其實(shí)也不是很難,就是pid參數(shù)整定的時(shí)候有些麻煩.大家可以自己選擇喜歡的方法.關(guān)于濾波,有些許的方法:1.平均值排序法.這個(gè)方法大家肯定一聽就知道是怎么回事.就是不急于執(zhí)行,先多次檢測(cè)被測(cè)傳感器,累加,求平均值.這個(gè)方法不錯(cuò),特別在單片機(jī)中.比如:你如果連續(xù)采集8次,累加,最后你只要右移三位(value=value3;)就是value=value/8的結(jié)果.畢竟,在單片機(jī)中,右移比除法要快嘛.2.中間值算法.這個(gè)算法也簡(jiǎn)單,顧名思義,就是取不大不小的中間的值.這個(gè)算法就需要把幾次采集的值排序,然后使用中間的那個(gè)值.3.遞推濾波.這個(gè)濾波方法比較的受認(rèn)可,但是執(zhí)行起來也有風(fēng)險(xiǎn)所在.先說這個(gè)算法,就是根據(jù)當(dāng)前值(傳感器的中心點(diǎn)所在值),推算接下來的傳感器中心點(diǎn)的量,如果發(fā)現(xiàn)前后變化劇烈,就視為干擾因素,忽略.這個(gè)算法看起來比較的好.但是風(fēng)險(xiǎn)就在于:如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤,并且錯(cuò)誤的中心點(diǎn)成為的當(dāng)前值,那么以錯(cuò)誤的中心點(diǎn)為基準(zhǔn),正確的中心點(diǎn)就成了干擾.這樣就會(huì)出現(xiàn)極端情況.為了避免這個(gè)情況,我們應(yīng)該有一個(gè)檢查的模塊,檢查當(dāng)前的中心點(diǎn)是否有效