飛思卡爾智能車競賽培訓(xùn)教程

1、主講： 張樹波共青團(tuán)北京聯(lián)合大學(xué)委員會賽車的意義汽車及車模簡介電池使用方法賽道及比賽規(guī)則研究項(xiàng)目介紹關(guān)于電機(jī)驅(qū)動關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動關(guān)于賽道檢測方式最佳路線問題飛斯卡爾單片機(jī)介紹軟硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)工程化方法與團(tuán)隊(duì)精神答疑時間 該競賽與教育部已舉辦的數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4大專業(yè)競賽不同，是以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽。 引導(dǎo)和激勵學(xué)生實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新、多出成果、提高素質(zhì)，發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在學(xué)術(shù)科技上有作為、有潛力的優(yōu)秀人才。車模調(diào)校的主要參數(shù) 后傾角 外傾角 前束 減震彈簧預(yù)緊力參數(shù)：電壓：

2、1.26=7.2 v容量：2000mAh放電曲線（在3A的大電流放電條件下得到的結(jié)果）正確充電：推薦使用比賽選配的充電器。該充電器是為玩具電池設(shè)計(jì)的廉價的充電器，內(nèi)部沒有智能充電控制電路，只能采用恒功率充電模式，最大充電電流為700mA，平均充電電流300mA，涓流充電電流小于100mA，充電時間約為10小時。正確放電：由于鎳鎘電池具有記憶效應(yīng)，對電池的不完全放電將會人為的降低電池的電容量；從放電曲線可以看出，隨著電池電量的減少，其電壓也會逐漸降低，當(dāng)電壓降低到某個閾值后繼續(xù)放電，電池電壓將很快的跌落。這個閾值就是電池的放電下限電壓。廠家給出了放電下限電壓為6V。因此，在使用時，建議在動力車的

3、電源設(shè)計(jì)中加入電池保護(hù)電路，當(dāng)電池電壓低于6V時切斷電路，用來保護(hù)電池。如果沒有保護(hù)電路，要注意，電池接通時人不要離開。因?yàn)楫?dāng)電池電壓降到接近6V時，電池已經(jīng)給不出多少電流，已經(jīng)沒有能力驅(qū)動電機(jī)了，此時一定要及時斷開電路，到了給電池充電的時候了。賽道材料： KT板、高密度、白色、0.5厘米厚。中心黑線： 為黑色即時貼經(jīng)過裁減而成。7Of63詳細(xì)參考資料第二屆智能車競賽專網(wǎng) 聯(lián)合大學(xué)團(tuán)委網(wǎng)站書籍作 者：卓晴 等編 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 定 價：36.50元用指定車模沿黑線跑兩圈取單圈最快者為勝。汽車動態(tài)分析車速控制系統(tǒng)方向控制系統(tǒng)賽道檢測系統(tǒng)電子

4、控制系統(tǒng)策略規(guī)劃系統(tǒng)行為決策系統(tǒng)路況記憶系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)電機(jī)特性和MC33886芯片RS-380SHRS-380SHRS-380SHRS-380SHn特性：n工作電壓：5-40Vn導(dǎo)通電阻： 120毫歐姆n輸入信號：TTL/CMOSnPWM頻率： 10KHzn短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等；n應(yīng)用說明：n多個MC33886并聯(lián)使用；n應(yīng)用說明：n使用半橋：由于賽車過程中不時用倒車，所以可以只使用其中的半橋；并且將兩個半橋并聯(lián)，擴(kuò)大芯片的驅(qū)動能力；n使用其中的一個半橋驅(qū)動電機(jī)；使用另外一個半橋作為12V升壓電路為CCD提供工作電源；n使用說明：n規(guī)則中的電容限制n全部電容容量和不得超過2000微

5、法；電容最高充電電壓不得超過25伏。n電機(jī)加速與減速限制，避免對于工作電源的影響；n使用說明：nPWM頻率限制： 10KHzn使用說明：nPWM頻率限制： 10KHzn使用說明：nPWM頻率限制： 10KHz舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)舵盤、齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路板等。工作原理脈寬信號給定參考位置，舵機(jī)內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。舵盤角位由PWM控制信號的脈寬決定。舵機(jī)基本參數(shù)型 號： S3010 電 壓： 4.0 6.0 V角度控制： 1/ 400us工作速度： 0.16 + 0.02 堵轉(zhuǎn)力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm舵機(jī)控制方法n三線連接方式紅線：電源線+6V藍(lán)線：地線

6、黑線：PWM控制信號舵機(jī)簡介S12 PWM控制舵機(jī)舵機(jī)功能舵機(jī)結(jié)構(gòu)舵機(jī)的基本參數(shù)舵機(jī)控制方法舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動中； 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量； 副翼舵面； 水平尾翼舵面； 垂直尾翼舵面；賽車中控制前輪轉(zhuǎn)向；舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k，直流電機(jī)、控制電路板等；工作原理：控制信號控制電路板電極轉(zhuǎn)動 齒輪組減速 舵盤轉(zhuǎn)動 位置反饋電位計(jì)控制電路板反饋； 控制量 舵盤角度尺寸：39.4*37.8*27.8重量：56g工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.8sec/60(6.0V)堵轉(zhuǎn)力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)工作角度： 45度/400us舵機(jī)的連接

7、方法三線連接方法： 黑線：底線； 紅線：電源線；兩種標(biāo)準(zhǔn)：4.8V, 6V; 藍(lán)線（黃線）：控制信號線； 顏色區(qū)分電源線和底線；舵機(jī)的控制方法舵機(jī)的控制方法舵機(jī)的控制方法軟件計(jì)數(shù)方式；定時器中斷方式；PWM硬件產(chǎn)生方式；等；S12 PWM控制器；具有8路PWM輸出端口；具有獨(dú)立的8路8bitPWM輸出，或者4路16bitPWM輸出；具有A,B,SA,SB時鐘源；舉例 使用PWM4,5合成16bitPWM輸出； PWM4 控制信號； PWMCTL_CON45 = 0 x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc =

8、24MHz規(guī)則限制：伺服電機(jī)個數(shù)不超過3個；不可以通過提高工作電壓提升舵機(jī)的性能；不可以更換舵機(jī)；控制說明脈寬范圍：對應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，一方面舵機(jī)的極限位置；另一方面考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限?？梢酝ㄟ^測試得到大約40 度左右；PWM周期： 可選擇 50 200Hz控制說明： 舵機(jī)的響應(yīng)時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機(jī)械方式，利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進(jìn)行放大，加快舵機(jī)響應(yīng)速度；賽道路徑幾何特點(diǎn) 由直線和圓弧組成；賽道路徑檢測內(nèi)容 確定路徑中心位置； 確定路徑方向； 確定路徑曲率； 需要在賽道垂直方向上 35點(diǎn)便可確定道路參數(shù)；賽道路徑檢測方法賽道路徑檢

9、測方法n光電管陣列；nCCD: 線陣CCD; 面陣CCD; （黑白）n激光掃描器；電磁感應(yīng)；超聲檢測等n光電管陣列優(yōu)缺點(diǎn)：n優(yōu)點(diǎn)：簡單、響應(yīng)快速等；n缺點(diǎn)：n空間分辨率低；n水平分辨率: 16 pixel /線；（可以采用細(xì)分的方法進(jìn)行優(yōu)化）；受到大賽規(guī)則傳感器個數(shù)限制；n垂直分辨率：只能檢測一點(diǎn)位置；n占用端口資源多；n安裝固定、接線較困難；n容易受到外界環(huán)境影響；n使用面陣檢測路徑參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：n分辨率高：n識別路徑參數(shù)多：中心位置、方向、曲率；n占用端口資源少：n轉(zhuǎn)換；n一路中斷輸入；n一路口輸入；n通過算法減少外部環(huán)境影響；12of18n采集速率；n圖像的分辨率 : 水平高，垂直低；n存

10、儲空間；nDG128 8KRAMn處理速度；n圖像采集，處理，控制等等；n電源電壓；n12V工作電源n采集速率：S12 AD 轉(zhuǎn)換速率10bit : 7us視頻信號一行時間：64us;(有效圖像時間56)一行有效采集像素： 300線/幀n采集速率 路徑檢測需要圖像特點(diǎn)： 水平分辨率: 高； 垂直分辨率：低；3-5點(diǎn)n矛盾：如何解決？n采集速率- 解決方法 攝像頭水平旋轉(zhuǎn)90度； 水平分辨率 垂直分辨率n采集速率- 解決方法 采用CPU 內(nèi)部總線超頻； 48規(guī)則沒有限制CPU超頻n采集速率- 解決方法 * 攝像頭旋轉(zhuǎn)90度； * CPU超頻； 可以得到 300 48 分辨率圖像；可以滿足道路檢測

11、需要； 實(shí)際需要可以使用降低的圖像分辨率： 72 24 即可； n存儲空間n必須存儲正幅圖像；這是由于將垂直分辨率轉(zhuǎn)換為水平分辨率的原因；n存儲空間： 每個像素存儲1字節(jié)； 72 * 24 圖像需要 1728字節(jié)； DG128 RAM空間為8K字節(jié)；可以滿足存儲需要。 同時還可以開辟雙圖像存儲區(qū)，采集、處理同時進(jìn)行； n處理速度： 采集時間： 圖像采集采用終端采集的方式；節(jié)省CPU處理事件； 72 * 24 分辨率下：只對于其中的1/4行進(jìn)行圖像采集。CPU花費(fèi)在圖像采集上的時間少于 總時間1/4。其余的時間用于圖像處理、控制等運(yùn)算； n處理速度 優(yōu)化圖像路徑參數(shù)檢測算法，算法時間小于 20m

12、s。 圖像：黑白色，檢測中心算法簡單； 可以適當(dāng)增加些動態(tài)亮度補(bǔ)償算法；滿足路徑參數(shù)檢測速度要求； 工作電源nCCD工作電源 12V; n使用PWM 斬波升壓電路得到12V電源；n這不違反比賽規(guī)則； 禁止使用DC-DC升壓電路為驅(qū)動電機(jī) 以及舵機(jī)提供動力； n系統(tǒng)框圖nCPU最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果n CPU最小系統(tǒng)nPAD02 視頻信號nIRQ 視頻行同步信號nPM1 奇偶場信號nPWM2 12V 斬波升壓開關(guān)信號；nPWM0,1 電極控制PWM信號；nPWM4 舵機(jī)控制信號；nPAD0,1 電池電壓，12V電壓監(jiān)測；視頻信號同部分離電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果注意：視頻信號不經(jīng)過直流隔離進(jìn)入A

13、D轉(zhuǎn)換器；n12V 斬波升壓電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果12of18用攝像頭的缺點(diǎn)nCCD相對昂貴；n占用RAM比較多；n道路檢測速率受到限制； 50Hzn檢測有一定的延時（1/50）秒；n附注電路較多：12V, LM1881等；后續(xù)問題n開發(fā)有效路徑參數(shù)算法；n攝像頭安裝與固定，為之比較的高；n攝像頭鏡頭設(shè)計(jì)；n混合檢測方法：光電管+ CCD; 多個CCD;n方法核心內(nèi)容n攝像頭旋轉(zhuǎn)90度。水平分辨率垂直分辨率；n適當(dāng)CPU 超頻；n有效路徑檢測算法；n該方法也可以在一些粗分辨率視頻監(jiān)視中進(jìn)行應(yīng)用；基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)特點(diǎn)：賽道與賽車環(huán)境模擬控制算法的仿真驗(yàn)證路徑識別的方案分析離線/在線仿真相結(jié)合基本構(gòu)架賽道設(shè)計(jì)界面基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)賽車參數(shù)設(shè)定界面基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)動態(tài)仿真界面1、確立設(shè)計(jì)需求2、選擇合理的方案3、繪制原理圖和PCB圖4、焊接、組裝5、電路調(diào)試6、實(shí)際環(huán)境驗(yàn)證1、確立軟件需求2、構(gòu)思軟件結(jié)構(gòu)3、算法設(shè)計(jì)4、 選擇硬件平臺5、編制程序6、仿真