飛思卡爾全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽杭州電子科技大學(xué)創(chuàng)意賽

1、第四屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽作品簡(jiǎn)介物流貨物自主調(diào)度車本作品采用MC9S12XS128作為主控單元，模擬現(xiàn)代物流業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物自主運(yùn)輸管理。作品主要功能包括：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的步驟，有效的完成“找貨物”、“搬運(yùn)貨物”、“放置貨物”三大步驟。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中只需要接收一次“計(jì)劃表”，貨物搬運(yùn)模塊則根據(jù)上位機(jī)的調(diào)度命令自動(dòng)完成對(duì)貨物的操作。在系統(tǒng)的運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、有效，是該系統(tǒng)所追求的目標(biāo)。一、作品實(shí)現(xiàn)方案作品主要包括：貨物識(shí)別模塊、貨物搬運(yùn)模塊及倉(cāng)庫(kù)調(diào)度管理PC端上位機(jī)等。圖1即為物流貨物自主調(diào)度車的主要系統(tǒng)組成。圖1 作品系統(tǒng)組成其中PC端上位機(jī)由QT程序編寫(xiě)，采用無(wú)線串口與車

2、載系統(tǒng)進(jìn)行通信。PC端上位機(jī)將反饋的數(shù)據(jù)顯示與PC端上，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的步驟程序向搬運(yùn)模塊下達(dá)命令。1）貨物識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)思路貨物識(shí)別模塊采用CCD攝像頭（圖2）作為傳感器識(shí)別貨物。此CCD攝像頭傳感器模塊既作為路徑識(shí)別傳感器，又作為貨物識(shí)別模塊的條形碼傳感器。貨物識(shí)別模塊根據(jù)CCD采集類條形碼數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸向上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢?cè)撠浳镄枰幚淼那闆r。查詢完畢，由上位機(jī)的無(wú)線傳輸模塊再次向搬運(yùn)模塊發(fā)送指令。搬運(yùn)模塊接收上位機(jī)的調(diào)度，自動(dòng)拾取貨物，并根據(jù)預(yù)定的路徑搬運(yùn)貨物到指定地點(diǎn)。圖2 CCD攝像頭2) 貨物搬運(yùn)模塊實(shí)現(xiàn)思路貨物搬運(yùn)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車自動(dòng)尋線及自動(dòng)定位功能。為了使搬運(yùn)模塊更加容易調(diào)

3、整姿態(tài)，即讓搬運(yùn)模塊有很好的轉(zhuǎn)向能力，我們選擇了二驅(qū)差速車作為搬運(yùn)動(dòng)力模塊。圖3和圖4為兩種不同的二驅(qū)差速車的車體，兩輛車協(xié)調(diào)工作實(shí)現(xiàn)貨物順利搬運(yùn)到指定位置，圖3車體自動(dòng)找到所需貨物后，通過(guò)自制升降平臺(tái)將貨物托起，并運(yùn)送到指定地點(diǎn)A；圖4車體推動(dòng)該貨物到指定地點(diǎn)B。二驅(qū)差速車可以達(dá)到繞車體中心軸作360度大旋轉(zhuǎn)，因?yàn)椴恍枰褂枚鏅C(jī)轉(zhuǎn)向，大大降低了車體的控制成本，卻沒(méi)有降低車體的轉(zhuǎn)向能力。圖3 搬運(yùn)模塊使用的車體之一圖4 搬運(yùn)模塊使用的車體之二3）上位機(jī)實(shí)現(xiàn)思路上位機(jī)軟件采用QT軟件設(shè)計(jì)界面調(diào)試終端，主要包括無(wú)線串口調(diào)試窗體和參數(shù)設(shè)置窗體。無(wú)線串口調(diào)試窗體接收車體運(yùn)行中反饋信息，得知當(dāng)前路況和車

4、輛所在位置；參數(shù)設(shè)置窗體設(shè)置車體作業(yè)調(diào)度步驟，例如可以設(shè)置貨物行進(jìn)路線為：貨物先到位置A，然后到位置B，最后到位置C；也可以先到位置A，然后通過(guò)位置C、D，最后到達(dá)位置B。通過(guò)設(shè)置車體不同行進(jìn)路線，實(shí)現(xiàn)路線最優(yōu)化選擇。4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案考慮到模擬搬運(yùn)模塊的車體是二驅(qū)差速車，需要用2路H橋來(lái)分別獨(dú)立的控制電機(jī)的前進(jìn)、后退、剎車，有兩種電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案可供選擇。方案一、使用飛思卡爾公司提供的33886H橋驅(qū)動(dòng)。33886電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部集成半H橋?？梢酝ㄟ^(guò)TTL電平控制V+電平輸出。最高頻達(dá)10KHz。電壓范圍為0到40V。最大電流為5A。可以工作在-60到125攝氏度的環(huán)境下。但是需要4塊338

5、86并聯(lián)成2路H橋來(lái)為2路電機(jī)做驅(qū)動(dòng)，極大的增加了PCB板的面積。在用來(lái)模擬搬運(yùn)模塊的車體狹小的空間上，造成一定的空間資源浪費(fèi)。方案二、使用L298集成2路H橋驅(qū)動(dòng)L298芯片是具有15個(gè)引出腳的多瓦數(shù)貼片封裝的集成芯片，是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器。其設(shè)計(jì)是為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載的，例如繼電器、圓筒形線圈、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī),具有兩抑制輸入使器件不受輸入信號(hào)影響。每橋的三級(jí)管的射極連接在一起，相應(yīng)外接線端可用來(lái)連接外設(shè)傳感電阻?？砂仓昧硪惠斎腚娫矗惯壿嬆茉诘碗妷合鹿ぷ?。具有體積較小、兩路H橋、較大驅(qū)動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)。因此，作品將選擇L298芯片作為我們的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

6、。5）MCU選型由于16位處理芯片MC9SXS128的高速處理性能和圖像的較強(qiáng)處理能力，作品采用MC9SXS128作為控制芯片?？紤]到圖像處理的算法復(fù)雜度，將MCU超頻至80MHz。在此情況下，算法處理一幀圖像需要的時(shí)間僅為2ms，完全滿足作品要求。圖5中左下角的MCU即為我們采用的高速16位處理芯片MC9SXS128。圖5 搬運(yùn)模塊所使用的MCU以及芯片外圍電路芯片外圍供電系統(tǒng)也是設(shè)計(jì)中重要的一部分。電源系統(tǒng)是否穩(wěn)定，直接影響到MCU是否正常持續(xù)的工作。所以我們單獨(dú)使用MCU的核心板，直插入mainboard當(dāng)中，避免了其他模塊電源對(duì)芯片的影響。二、作品技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為了達(dá)到作品要求，CCD精確

7、識(shí)別貨物類條形碼，和CCD精確定位最佳拾取點(diǎn)以及讓搬運(yùn)模塊根據(jù)CCD提供的信息調(diào)整姿態(tài)就成了本項(xiàng)目當(dāng)中最為困難的幾大問(wèn)題。為了達(dá)到安全、穩(wěn)定的工作要求，在程序開(kāi)發(fā)當(dāng)中，避免了種種漏洞，用設(shè)置EEROM、WatchDog等辦法，成功實(shí)現(xiàn)了掉電保護(hù)，異常復(fù)位，復(fù)位以后斷點(diǎn)保存等功能。以此來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PC端上位機(jī)發(fā)出的調(diào)度命令需要根據(jù)大量的算法運(yùn)算之后，做出調(diào)度決定。算法設(shè)計(jì)最終的目的是盡可能提高系統(tǒng)效率。具體創(chuàng)新點(diǎn)：1、不需要人為干預(yù)為本作品的最大創(chuàng)新點(diǎn)。2、基于調(diào)度規(guī)劃的自動(dòng)化貨物搬運(yùn)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的工作效率；3、上位機(jī)和搬運(yùn)模塊之間的分布式的任務(wù)處理，提高了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力和處理速度；

8、4、成本低、高可用性、高穩(wěn)定性，利于大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化。三、技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)由下面的表1的主要參數(shù)和表2的車體參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明。表1 主要參數(shù)主要參數(shù)名稱參數(shù)說(shuō)明備注電池參數(shù)7.4V 800mAh 15C高倍率充電電池圖像傳感器1/4SONY CCD有效像素PAL:500(H)582(V) NTSC:510(H)492(V)感光面積3.6mm2.4mm信號(hào)系統(tǒng)PAL/NTSC水平清晰度420電視線最低照度F1.2,0.5Lux增益控制開(kāi)啟/關(guān)閉可選擇背光補(bǔ)償開(kāi)啟/關(guān)閉可選擇電子快門(mén)開(kāi)啟/關(guān)閉可選擇快門(mén)速度1/50（1/60）1/100,000（秒）白平衡自動(dòng)跟蹤白平衡信噪比大于48db (AGC OFF)視頻輸出1.0Vp-p,75(BNC)使用電源DC12V/500mA功率消耗小于2.8W插口VIDEO OUT ( BNC )尺寸（毫米）3838表2 車體參數(shù)車體參數(shù)車體參數(shù)說(shuō)明備注長(zhǎng)寬高145*108*55mm重量260g最大負(fù)載0.5K