飛思-fly-d技術(shù)報(bào)告第六屆飛思杯全國(guó)生

關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說(shuō)本人完全了解第六屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽關(guān)者本人，比賽和飛思半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的、圖像資料，日本技術(shù)報(bào)告主要了基于Freescale公司的XS128制作的自主巡線智能車的設(shè)計(jì)方案和原理，將從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)以LABVIEW處理無(wú)線串口模塊發(fā)回的數(shù)據(jù)可以使調(diào)試：FreescalePIDInthisessay，wemainlydiscussthephilosophyanddesigningexperiencesofself-directedsmartvehiclemodelbasedonthechipXS128producedbyFreecalecompany.Thepassageisconsistedoffourpartswhicharethedesigningofmechanicalmechanism,thedesigningofcircuit,thedesigningofprogramandsomeexperiencesofdebugging.Theservosubsystemformedbyservomotorwhichisusedtocontrolthedirectionoflasersensor,thedriversubsystemformedbyDC-motorandthemechanismofgears,thedirectingsubsystemformedbytheotherservomotorandthemechanismofconnectingbar,thespeeddetectingsubsystemandthecircuitsubsystemfinallyformthewholevehiclemodel.WiththehelpofPIDtheory,weplishthemissionandmadeaself-directedsmartDuringtheperiodofdebugging,weuseLab-viewtoprocessthedatagotfromwirelessmodulewhiakesthingseasier. .................................................................................................................................................III第一章引言-------------------第八章總結(jié)--到，大家都有很大的提高。今年由于虛線的則出現(xiàn)，我們隊(duì)伍遇到了各種。通過(guò)歷時(shí)半年的學(xué)習(xí)、制作、調(diào)試，我們隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了智能車的基本技術(shù)報(bào)告主要了基于Freescale公司的XS128制作的自主巡線智能車的設(shè)計(jì)方案和原理，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)以系統(tǒng)硬件框架下圖是智能車硬件的整體框架圖 針對(duì)智能車的硬件，下面將從八個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)地介紹。電源管理們必須采用指定的電池供電，因此，電源模塊要達(dá)到工作效率高、電流經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查找，對(duì)比，我們初步選定下列以下是這幾種穩(wěn)壓部分參數(shù)的對(duì)比 壓差可輸出電壓最大輸出5155最終我們的電源管理方案如下：一、單片機(jī)、邏輯、編等需要5V電壓且耗電不大，但要求穩(wěn)定；小車高速跑動(dòng)時(shí)電機(jī)頻繁加，電源電壓波動(dòng)較大，所以需選用既穩(wěn)定，壓差也低的，我們選用一片TPS7350為其供電。 也要強(qiáng)，最終我們選用一片LM1084為其提供3.3V的電壓。 激光電源模塊原理圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案。否則，就影響著車子的加性能，從而限制著車子的整體速度。以下方案一：采用一片電機(jī)控制TD340和4片場(chǎng)效應(yīng)管此方案優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)力很強(qiáng)，場(chǎng)管內(nèi)阻低，不易發(fā)熱；缺點(diǎn)：電路相對(duì)復(fù)雜，體積較大，且TD340I早已停產(chǎn)，買到的也不可該方案設(shè)計(jì)的電路和制作的實(shí)物如下 電機(jī)控制模塊PCB圖 BTS7970此模塊PCB見圖2-7 電機(jī)控制模塊PCB圖巡線傳感器模塊對(duì)巡線傳感器的選擇，我們也研究了兩個(gè)方案。方案一：使用多個(gè)紅外對(duì)管尋優(yōu)點(diǎn)：成本較低，制作容易，穩(wěn)定性較好缺點(diǎn)：前瞻小，耗電，數(shù)量不能太多，容易受干擾；其模塊實(shí)物見圖2- 優(yōu)點(diǎn)：前瞻很遠(yuǎn)，能力強(qiáng)缺 ：制作難度大，調(diào)試麻煩，成本高，電源要求較高代一代的和換新，達(dá)到了比較滿意的結(jié)果。這個(gè)方案激光前瞻可以做到60-70cm左右，而最終我們選用最穩(wěn)定的使用15個(gè)單排激光的布局并不能完2-9。 第二代激光板我們不再使用7404反相驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槠湔加皿w積大；而是74154來(lái)點(diǎn)亮激光，并6組每2個(gè)激光同時(shí)點(diǎn)片機(jī)產(chǎn)生波給154PCB布局入了下排進(jìn)瞻，見圖2-10和圖2-11、圖2-12。 第二代激光板PCB圖（上排 第二代激光板PCB圖（下排 我們改進(jìn)電路TL431做恒流來(lái)驅(qū)動(dòng)激并且不再使用5mW的激光，50mW15的效果，減少了50mW的激光，70mA20m以上，但這樣沒(méi)有任何意義，近距離都是盲區(qū)，無(wú)視黑線，所以最終前瞻定在1m處，調(diào)好接收管透鏡因此綜合利用好大功率的激光管能更更我們選擇了此方案。不過(guò)采用恒流驅(qū)動(dòng)，功率變大，使電源負(fù)荷增大，這可能會(huì)影響電機(jī)加性能，見圖2-13和圖2-14。 第三代激光板PCB 速度測(cè)量模塊優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路較簡(jiǎn)單，成本較低缺點(diǎn)：對(duì)于磁鋼的安裝工藝要求較高，測(cè)量精度低因?yàn)闇y(cè)量精度低，不可靠，所以我們并沒(méi)有采用這方案。方案二：采用脈沖編測(cè)量速一定的脈沖數(shù)，通過(guò)計(jì)算在一定時(shí)間內(nèi)編輸出的脈沖數(shù)，就可以算出車子快磁鋼容易脫落，整個(gè)速度測(cè)量系統(tǒng)將產(chǎn)生很大誤差。而脈沖編的測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比霍爾傳感器的精度高而且采用脈沖編測(cè)量車子速度電路簡(jiǎn)單，安裝方便穩(wěn)定，適合車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此我們采用脈沖編來(lái)測(cè)量智能車對(duì)于編的選用，我們認(rèn)為使用單相的200P/R的已經(jīng)足夠，所以我們選用了歐姆龍的E6A2-CS3C型編。參數(shù)見表2-2和表2-3，安裝方式見圖2-15 編安裝隨動(dòng)舵機(jī)的選擇對(duì)于數(shù)字舵機(jī)與模擬舵機(jī)，我們覺(jué)得用在智能車上模擬舵機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。數(shù)字舵機(jī)雖然快，但那是自身調(diào)整的快，并不是指電機(jī)響應(yīng)的速度；而我們的激光板較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性較大，數(shù)字舵機(jī)追求完美，以達(dá)到零虛位，往往這就會(huì)造成不停的抖舵，影響巡線。所以舵機(jī)選型我們定位在高速，大扭矩和價(jià)格適中。經(jīng)過(guò)我們長(zhǎng)時(shí)間的積累和比較，我們鎖定了如下幾個(gè)品牌SANWA（三禾其生產(chǎn)的舵機(jī)速度快扭矩大面向玩車模的RCfans但其的人數(shù)太多，Hitec的舵機(jī)起初并沒(méi)太多的引起我們的注意，但隨著我們的了解加深，發(fā)Hitec的舵機(jī)性價(jià)比真的很高，價(jià)格適中，舵機(jī)速度也較快，扭矩滿足要求，所以最終我們采用Hitec的的模擬舵機(jī)，型號(hào)為：HS-965MG其參數(shù)如圖2-16，實(shí)物見圖2- 人機(jī)交互界面OLED屏，同時(shí)也能有128*642-182-19. OLED屏實(shí) 按鍵我們使用8個(gè)獨(dú)立貼片按鍵和8位的撥碼開關(guān)來(lái)調(diào)整參數(shù)，見圖2- OLED屏幕安PCB也比手工做的板體積小，精致，見圖2-21和圖2-22 主控板PCB 主控板實(shí)元器件與模塊的選擇對(duì)于智能車的硬件系統(tǒng)，我們堅(jiān)持一個(gè)原則，能簡(jiǎn)單就簡(jiǎn)單，能輕就輕，能再小就要更小。所以我們采用的元件大部分都是貼片，不僅體積小，使電路也更穩(wěn)FC而板我們則是直接在淘寶，并沒(méi)有自己畫板，見圖2-23和圖2-24 板實(shí) 關(guān)重要的作用，本章將對(duì)PCB安裝及車體的機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行描述。3.1.1計(jì)為一塊多邊形，平鋪在底盤上，由4顆螺絲固定，見圖3-1。 3.1.2端使用玻碳板來(lái)放置隨動(dòng)舵機(jī)，而隨動(dòng)舵機(jī)與激光模塊的只通過(guò)鋁合金舵3-2。 3.1.3轉(zhuǎn)向舵機(jī)的安放3-3所示，在這樣的安裝方式下，舵機(jī)能夠以較小的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)向角使車 舵機(jī)的安3.1.4 工鋁片直接將編固定在塑料支架上，以保證其性能的穩(wěn)定和測(cè)量的可靠性。 編的安機(jī)械部分調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)整。對(duì)前輪的調(diào)整，目的是盡量減少車模在行進(jìn)中橫向的滑動(dòng)，這前輪傾角調(diào)整前輪外傾和主銷內(nèi)傾合作可進(jìn)一步縮短車輪著地點(diǎn)與主銷軸線和地面交點(diǎn)間的距離，以減小前輪轉(zhuǎn)向時(shí)需克服的摩擦力矩。3-5。 差速機(jī)構(gòu)調(diào)整差速作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。差速機(jī)構(gòu)如圖-6所示。車模在過(guò)彎時(shí)車輪的軌線是圓弧，如果向左轉(zhuǎn)彎，在相同的時(shí)間里，右側(cè)走的弧線比左側(cè)長(zhǎng)，為了平衡這個(gè)差異，就要左邊慢一點(diǎn)，右邊快一點(diǎn)，用不同的轉(zhuǎn)速來(lái)彌補(bǔ)距離的差異。 入彎時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)要立刻并降到一個(gè)比較低的速度，以給微控制器及舵機(jī)轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制算轉(zhuǎn)向算是智車制的，好的向法應(yīng)該使轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確而靈敏。本次設(shè)計(jì)使用PIDPIDPID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下兼顧系統(tǒng)的帶負(fù)載能力和能力同時(shí)在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個(gè)零積點(diǎn)，使之成為一階或一階以上的系PID差，積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)用于減小系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。PID控制器的性能就決定于K、iKd3個(gè)系數(shù)是PID控制的。PD調(diào)節(jié)器有比例微分（PD）、比例積分（PI）和比例積分微分（PID）三種類型。由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對(duì)快速性的限制來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)穩(wěn)定的；用PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后-超前校正則兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面提高系統(tǒng)的控制PI調(diào)節(jié)器；在隨動(dòng)系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用PD或PID調(diào)節(jié)器。PID4- PID控制框在實(shí)際中采用下式作為舵機(jī) 調(diào)節(jié)的表達(dá)式Sum-而給轉(zhuǎn)向舵機(jī)的值則為turn_dty=turn_mid-電機(jī)速度控制算平穩(wěn)過(guò)彎。所以我們采用的是+PID的控制能夠滿足這樣的要求。進(jìn)入直道后，直接控制占空比，使加到驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩端的平均電壓為最大值，使電機(jī)迅速加速，相當(dāng)于電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)；速度超過(guò)直線段預(yù)設(shè)的速度限定值后，占空比調(diào)為0，相當(dāng)于電機(jī)停車；速度一旦小于給定值，則立即將占空比調(diào)到最大。判斷進(jìn)入彎道時(shí)，立即調(diào)整輸出，使到電據(jù)彎道曲率情況，改變速度給定值，同樣采用上述方式，使在彎道內(nèi)的速度始終接近給定值。虛線對(duì)激光車的穩(wěn)定性影響對(duì)于普通直道上的虛線和趨勢(shì)一致的彎道上的虛線完全可以不做處理，但當(dāng)虛線出現(xiàn)在較大反向變化的彎道上時(shí)，如S彎上的虛線，激光極易掃出賽道，從而到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)而亂跑。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，我們?cè)谫惖乐性O(shè)置了不同難度的虛線。具體看下圖： 4-7賽道中的虛線（六1、遇到虛線2、遇到如S彎時(shí)非常容易沖出賽道。3、主動(dòng)巡線根據(jù)丟線前激光光點(diǎn)和隨動(dòng)舵機(jī)的偏差來(lái)決定丟線后隨動(dòng)舵機(jī)應(yīng)該怎樣繼續(xù)打舵。這個(gè)方案理論上是最好的解決方案，但在實(shí)際調(diào)試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案還是存在跑出賽道的概率，主要還是在S彎虛線趨勢(shì)發(fā)生反向變化時(shí)，主動(dòng)巡線向錯(cuò)誤的方向巡線，導(dǎo)致直接失敗。可能會(huì)花很多時(shí)間來(lái)做算法，而真正比賽時(shí)卻用不上，反而增加了控制為了方便進(jìn)行成績(jī)對(duì)比我們也專門設(shè)計(jì)與制作了計(jì)時(shí)器，如圖5-1所示 下圖是我們?cè)O(shè)計(jì)的調(diào)試賽道 調(diào)試賽此次智能車大賽的開發(fā)平臺(tái)為Metroworks公司的CodeWarrior5.9開發(fā)。其使用界面： CodeWarrior5.9界CodeWarrior的功能非常強(qiáng)大可用于絕大部分單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)。用戶可在新建工程時(shí)將的類庫(kù)添加到集成環(huán)境開發(fā)環(huán)境中，工程文件一旦6-2BDM，用戶可以進(jìn)行一系列的調(diào)試工作，如監(jiān)視寄存器狀態(tài)、修改PC指針、設(shè)置斷點(diǎn)等，這樣能快速地幫助我們找到或硬件的問(wèn)題。 CodeWarrior5.9調(diào)試界7-1FLY-D 車模幾何尺寸（長(zhǎng)、寬、高（毫米車模軸距/輪距（毫米車模平均電流（勻速行駛）(毫安電路電容總量（微法傳感7路激光，1個(gè)光電編新增加伺服電機(jī)個(gè)1賽道信息檢測(cè)空間精度（毫米賽道信息檢測(cè)頻率（次/秒主要集成電路種類/數(shù)車模重量（帶有電池（千克1 激光模塊功耗較大2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊效率不高3 電源濾波做得不夠好4 車身重心較高5 控制策略Bug較多不過(guò)目前我們整個(gè)智能車系統(tǒng)還是比較穩(wěn)定，能高速地在賽道上飛馳。[6]?(ClarkDennis),?(OwingsMichael),宗光華(譯者[8](作者),(作者),(作者).自主移器人設(shè)計(jì)與制作.西安交通大學(xué).2008[10].機(jī)器人制作:提高篇.航空航天大學(xué)[15],朱三元,.人工智能基礎(chǔ).[16].智能科學(xué) 附錄部分源代#include<hidef.h> /*commondefinesandmacros*/#include<stdio.h>#include"derivative.h" /*derivative-specificdefinitions*/#include"allfun.h"int constinttabk[20]={9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,0,-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7,-8,- //對(duì)搖頭偏 byteD_tabx[9]; byteU_tabx[20]; intdot_his; int //搖頭舵對(duì)中立點(diǎn)的偏差反應(yīng)賽道類型int //黑點(diǎn)intLast_res; intLast_dot; intRate_dot; intRate_res; intRe_sp; intBoost_time; intStart_time; intRes;int //坡道intSloap_count;//坡道判斷時(shí)間intsys_time; intsloap_1; //坡道脈沖intsloap_long;// intnow_sp; intnow_sp2; intsp_mod; //是否調(diào)速int //起跑線int //剎車int //停車intstop_time;//堵轉(zhuǎn)停車時(shí)間intFinish_time;//完成賽道時(shí)間intStart_flag;起跑線檢測(cè)標(biāo)志intStart_long;// t;//起跑線計(jì)算寬度intStart_count;//起跑線脈沖計(jì)數(shù)intstart_line;//起跑線數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)int //搖頭int //轉(zhuǎn)向int //轉(zhuǎn)向inttH //光點(diǎn)偏差反饋 //搖頭舵反饋給 //下排激光反饋給下舵P //速度 //速度f(wàn)loatadjp=0.2; floatadjh=0.3; bytebc[2];byteti[2]; wordpittime;intintdot_pos[3][3];intDot[2];staticinthi;intvoid{ PACTL_PAEN=1;//啟動(dòng)脈沖累加器A //cd4520開始計(jì)數(shù) //開PIT0}voidCtrl(void)//決策部分{staticinttime=0,Bang=0;staticintkk,jj,SUM;if((ti[0]>7)&&(Sloap==0)){Sloap=1;Sloap_count=sys_time;} //N個(gè)以 {Start_count=0;start_line=0;Star { down_tab[0][jj]|=down_tab[kk][jj];//將0位置與0以上位置的與運(yùn)算,保存到0} if(SUM>0)BEG++; //是起跑線,關(guān)電}} //10msif(bc[0]<=6) dot_his=Dot[0]; //10ms打一次舵機(jī),計(jì)算 elseRes=res; if((Sp_1-{ if(stop==0)tar_sp=Sp_1;}}//直線+PD控速if((Res>40)&&(Res<100) if((Sp_2-{else{sp_mod=1;akp=0.5;akd=0.3;tHh=0.7;tH=20;if(stop==0)tar_sp=Sp_2;}}彎if({if((Sp_2-{if({if((Sp_4-{ if(stop==0)motor_dty=0;}elseif(Res>300) {sp_mod=1;akp=1;akd=0.8;tHh=0.65;tH=8; //轉(zhuǎn)向很大且又慢，直接給100%}time=sys_time-if(( //一段時(shí)間后還是上坡道elseif((ti[0]<7)&&(time<30))}}voidsloap(void) {staticintsum; //沒(méi)到if((ti[1]>0)&&(bc[1]==ti[1]))if(bc[1]<=3) //10ms打一次舵機(jī),計(jì)算 if((turn_mid-sum)>turn_mle)turn_dty=turn_mle;elseturn_dty=turn_mid-sum;}if(sloap_long>sloap_1) //完成}voidget_trend(void){if((dot_his==9)||(dot_his==10))elsedot_res=dot_his-9; //保存當(dāng)前光點(diǎn)偏差 //保存當(dāng)前搖頭}voiddo_ser(void) {}voidNor_sp(void) {int elsemotor_dty=k_sp; }voidShake(intqz) //搖頭P調(diào){staticintsum;if((head_dty+sum)>head_mle)head_dty=head_mle;elseif((head_dty+sum)<head_mri)head_dty=head_mri;elsehead_dty=head_dty+sum;}voidturn_P(void) //轉(zhuǎn)向P調(diào){ if((turn_mid-sum)>turn_mle)turn_dty=turn_mle;elseturn_dty=turn_mid-sum;//轉(zhuǎn)向角度=轉(zhuǎn)向中值+搖頭舵偏差*tHh+光點(diǎn)偏差}voidGet_LD_data(void) {bytei,k,dd,s; D_Scan(8);dlyus(Scan_time);// D_Scan(9);dlyus(Scan_time);// //1-- 掃描完 上排濾波處理///////////////////////////////////////////for(dd=0;dd<20;ddif(U_tabx[dd]==0ti[0 //得到tabx中黑點(diǎn)數(shù) //黑點(diǎn)數(shù)不零時(shí)執(zhí) { //只在第一個(gè)點(diǎn){緣起始

//如果第一個(gè)點(diǎn)為黑點(diǎn){if(U_tabx[dd]<U_tabx[dd+1]){ 得到邊