國(guó)賽技術(shù)報(bào)告-電磁組理工學(xué)院

關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說參賽隊(duì)員簽名： 期 2016年8月10 第一章智能車平臺(tái)的設(shè) 設(shè)計(jì)理 整體方案框 第二章車模直立原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào) 車模直立控 車模速度控 車模方向控 車模傾角測(cè) 整體結(jié)構(gòu)展 傳感 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的調(diào) PCB的安 機(jī)械結(jié)構(gòu)小 第三章硬件電路的設(shè) 傳感器模 電磁傳感 速度傳感 KL26主控板模 電源管理模 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模 硬件設(shè)計(jì)小 第四章軟件系統(tǒng)設(shè) 電機(jī)PID控 PID算 模擬 數(shù)字 軟件編譯環(huán) 上位 調(diào) 第五章模型車的主要參 總 參考文 附 大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽是以智能汽車為研究對(duì)象的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽，是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng)，是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競(jìng)賽之一。本競(jìng)賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的和潛能,倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。本文設(shè)計(jì)的智能車以飛思32位kinetisMKL26Z256為控制器，通過工字型電感為路徑探測(cè)傳感器，來進(jìn)行路徑識(shí)別以及轉(zhuǎn)向控制。第一章能車平臺(tái)的設(shè)本章包含智能車平臺(tái)整體的方案和思路包括機(jī)械結(jié)構(gòu)電路搭建賽道信息和直立、在仔細(xì)研讀了第十一屆大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽相關(guān)的比賽規(guī)則（后文簡(jiǎn)稱賽規(guī)）之后，我們決定采用NXP的32位微控制MKL26Z256型號(hào)作為控制單元對(duì)整個(gè)智能車系統(tǒng)進(jìn)行控制。賽道信息由車體前方架設(shè)的幾個(gè)工字型電感進(jìn)行，經(jīng)KL26MCU的AD口接收信號(hào)后，用于的運(yùn)動(dòng)控制決策同時(shí)內(nèi)部發(fā)出波驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)對(duì)智能汽車進(jìn)行加速和控制，同時(shí)通過控制直立車兩個(gè)的速度差來實(shí)現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向，使在賽道上能夠自主循跡行駛。PIDOLED和撥碼開關(guān)作為輸旋轉(zhuǎn)編OLED1.1第二章車模直立原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)2.1所示。2.12.2所示。2.2制時(shí)，假設(shè)車模已經(jīng)在直立控制下保持了直立穩(wěn)定，通過改變電機(jī)的電壓控制車模加速和。車模在加速和的時(shí)候直立控制一直在起作用它會(huì)自動(dòng)改變車模的傾角移動(dòng)車模的重心，木棒的直立。這兩個(gè)條件，實(shí)際上就是控制中的負(fù)反饋機(jī)制，參見圖2.3。2.32.4所示。2.42.5車模可以簡(jiǎn)化成倒立的單擺2.6置。這個(gè)力稱之為回復(fù)力，其大小為

mgsin

mg2.7單擺在不同阻尼下的運(yùn)動(dòng)情況2.8（慣性力復(fù)力為Fmgsin

式中，假設(shè)控制車輪加速度與偏角成正比，比例為k1。顯然，如果k1

g，（g是重F

mk

mk2

ak

k2

式中，為車模傾角；'為角速度；k1、k2控制量。只要保證在k1

g、k

0條件下，可以維持車模直立狀態(tài)。其中k

可以將電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型簡(jiǎn)化成如下的一階慣性環(huán)節(jié)模型。施加在電機(jī)上一個(gè)階躍電壓Eut， t

1eT1ut（2- 圖2.9電機(jī)在不壓下的速電壓成正比，加速階段的時(shí)間長(zhǎng)度取決于時(shí)間常數(shù)T1，該常數(shù)由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、齒輪箱（）PI所示。2.102.11電機(jī)PI2.12壓，使得車模左右輪運(yùn)行角速度不一致進(jìn)而控制車模方向。如圖2.13所示。2.132.142.15u

式中，gk所示。2.162.172.182.192.20比例Tg放大之后與陀螺儀輸出的角速度信號(hào)疊加之后再進(jìn)行積分。從圖2.20中的框圖可以看出，對(duì)于加速度計(jì)給定的角度g，經(jīng)過比例、積分環(huán)節(jié)之后產(chǎn)生的角度必然最終等于g。由于加速度計(jì)獲得的角度信息不會(huì)存在積累誤差，所以最終將輸出角度中的積累誤差消除加速度計(jì)所產(chǎn)生的角度g信息中會(huì)疊加很強(qiáng)的有車模運(yùn)動(dòng)加速度噪聲信號(hào)。為了避免該信號(hào)對(duì)于角度的影響，因此比例系數(shù)Tg應(yīng)該非常小。這樣，加速度的噪聲信號(hào)經(jīng)過比例、積分角度必然與加速度計(jì)測(cè)量的角度g相等，只是這個(gè)調(diào)節(jié)過程會(huì)隨著Tg的減小而延長(zhǎng)。為了避免輸出角度跟著g過長(zhǎng)，可以采取以下兩個(gè)方面的措施：角度與g相等。此后，加速度計(jì)的輸出只是消除積分的偏移，輸出角度不會(huì)出現(xiàn)很大的偏2.21車模運(yùn)動(dòng)控制總框圖圖2.21中，為了實(shí)現(xiàn)車模直立行走，需要如下信號(hào)：調(diào)節(jié)車模的傾角以適應(yīng)車模的加速、和轉(zhuǎn)彎的需要。2.222.23

編本車采用的編型號(hào)為龍邱科技生產(chǎn)的LQ_ECM _ABI型號(hào)雙相編，此款編碼我們采用的編支架為可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方便安裝調(diào)試確認(rèn)安裝位置后擰緊螺絲并打膠固定，圖2.26編的安圖2.27編的安

2.28械結(jié)構(gòu)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，將車體的重心集中在的軸線附近可以獲得更好的平衡效果和運(yùn)行效果。第三章硬件電路的設(shè)本章主要介紹智能車的硬件電路部分的設(shè)計(jì)，其中包括傳感器模塊，KL26主控板模塊，電磁傳感10mH電感值的工字型電感作為電磁傳感器的電磁感應(yīng)線圈部分。對(duì)感應(yīng)產(chǎn)生的微小的電壓信號(hào)采用LM386AD轉(zhuǎn)換器可以識(shí)別的模擬電壓范386的調(diào)節(jié)端加入了電位器用來調(diào)節(jié)輸入模擬電壓信號(hào)的放大輸出倍數(shù)。3.1速度傳感 電路，靜電保護(hù)，LED電源指示燈等。KL26是半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款32位的單片機(jī)，它256KFlash，ARMCortex-M0+內(nèi)核，48MHz的主頻，812ADC等豐富的資電源分為開關(guān)電源和線性電源，從穩(wěn)壓機(jī)理上說，開關(guān)電源是利用電感和電容作為儲(chǔ)能元件來實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的穩(wěn)壓電源，而線性電源是利用晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管變化的的動(dòng)態(tài)電阻來調(diào)整管壓降從而保持輸出電壓穩(wěn)定的。從電路形式上說，開關(guān)電源中通常有電感，而線性電源中不需要電感。從功能上說，線性電源只能降壓，輸出電壓一定低于輸入電壓，而且兩者一般不會(huì)相差過于懸殊，而開關(guān)電源可以升壓也可以降壓，輸入和輸出電壓之間可以有很大的壓差。從效果上看，開關(guān)電源效率較高，發(fā)熱低，特別是在輸入輸出電壓差較大的情況下，而線性電源的紋波較小，質(zhì)量高于開關(guān)電源。3.3VOLED5V壓。3.25V、常見的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要有兩種，一種是的驅(qū)動(dòng)電路加MOSFET管設(shè)計(jì)，一種是采用的們決定采用BTN7970集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。BTN7970集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有過溫、過壓、過流、短路保護(hù)電路簡(jiǎn)單可靠、可直接與MCU連接等特點(diǎn)，為了將驅(qū)動(dòng)電路與控制電路，我們采用74HC244緩沖作為。、3.3圖3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電第四章軟件系統(tǒng)設(shè)小車的控制包括傳感器數(shù)值的處理，陀螺儀數(shù)值處理，電機(jī)的PID控制，路徑方向控制。根據(jù)編的數(shù)據(jù)進(jìn)行速度的實(shí)時(shí)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)小車快速，穩(wěn)定的運(yùn)行。開開N行Y結(jié)結(jié)4.1PIDPID控制。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，PID控制能夠滿足相當(dāng)多工業(yè)對(duì)象的控制要求，至今1.1PIDPIDrt與實(shí)際輸出值c(te(t)=r(t)－c(tPID控制算法可以分為位置式PIDPID控制算法。PID算法：PID算法：所謂增量式PIDkuΔ增量，而不是位置量的絕對(duì)數(shù)值時(shí)，可以使用增量式PID控制算法進(jìn)行控制。PID控制算法與位置式PID算法（2－2）相比，計(jì)算量小的多，因此在實(shí)際中得到這就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推PID開開4.2和，并最終生成可執(zhí)行文件。IAREmbeddedWorkbench是IARSystems公司提供的專門面AVR、MSP430、k60等內(nèi)核平臺(tái)上位通過IAREmbeddedWorkbenchIDE編譯軟件的調(diào)試功能，可以得到大量的信息，為智調(diào)OLED作為顯示模塊用于輔助調(diào)試。即有機(jī)發(fā)光二極管，其無需背光源，相比LCD顯示屏，其更輕更薄，可視角度更大，柔軟環(huán)保且更省電。OLEDCDD圖像的顯示以及標(biāo)志PIDflashOLED圖4.3主頁(yè) 圖4.4菜單 圖 菜單 圖 第五模型車的主要參經(jīng)過改裝后，智能汽車的外形參數(shù)為：620mm210mm350mm；車重：約智能汽車相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表5.1所示：5.120總參考文邑大學(xué)學(xué)報(bào),2011.8.15． .附#includeinclude.h"voidAD_init(void){adc_init(ADC0_SE1);//PTE16R1adc_init(ADC0_SE2);//PTE18R3adc_init(ADC0_SE8);//PTB0adc_init(ADC0_SE9);//PTB1adc_init(ADC0_SE12);//PTB2adc_init(ADC0_SE5a);//PTE17 }void{ }void{}void{ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP//ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP ALT1|PULLDOWN); ALT1|PULLDOWN);gpio_init //}void{ }void{, //設(shè)置1MS}void{}#include#define //#defineSPEED_CONTROL_COUNT 20 //速度控制周期100ms#defineDIRECTION_CONTROL_COUNT //方向控制周期15msintintg_nSpeedControlCount=0;intintg_nDirectionControlCount=0;intg_nDirectionControlPeriod=0;intCarStartCount=0;intQiPaoXianCount=0;externintCarStartFlag;externintqipaoxian_flag;void{if(PIT_T(PIT0)==1{{}else{}else{}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}}}#include//4#define #define #define #define //#define #define #define //#define #define // //#define #define //float#define #define //#define#define#defineint //int 直立加速度計(jì)int floatANG_P=70;floatuint16AnglescopeMMA[NUM];uint16GyroVal=0;uint16floatfloatg_fGyroscopeAngleSpeed=0;floatg_fCarAngle=0;floatg_fAngleControlOut=0;floatspe_out_new=0;floatspe_out_last=0;floatspe_out=0;int64int64g_nRightMotorPulseSigma=0;floatg_fCarSpeed=0;intSpeed_Low=0;intSpeed_Mid=1;intintfloatfloatint//intintintfloatfloatfloatintfloatdir_dout=0;floatfloatdir_out_last=0;floatdir_out_new=0;floatdir_out=0;floaterror[2]={0};floatfloatdir_error_last=0;floatdir_gyro_out=0;floatzhuanxiang_speed=0;intGyro_Flag=1;floatg_fLeftMotorOut=0;floatg_fRightMotorOut=0;intg_nAngleFlag=1;intintexternintg_nSpeedControlPeriod;externintg_nDirectionControlPeriod;intStop_Flag=0;externinttingche_flag;intCarStartFlag=0;floattingche_out=0;inttingche_flag=0;intvoid{uint32AnglesumMMA=0;uint32AnglesumGYRO=0;uint16temp;uint16{}{{}{}}{}}void{ // //曼濾}void{float}void {}void { { //{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseelseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseelseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseelseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)