技術(shù)報(bào)告-室外電磁組-青島科技大學(xué)-dragon隊(duì)

1、 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告學(xué)校：青島科技大學(xué)隊(duì)伍名稱：Dragon參賽隊(duì)員：劉志昂李圣坤夏建紅帶隊(duì)教師：陳為劉海波 目 錄 第一章 引言1第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)總體方案22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2第三章 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化43.1 電磁傳感器43.1.1 電磁傳感器選擇43.1.2 電磁傳感器布局43.3 速度傳感器53.4 車模機(jī)械調(diào)整53.4.1 車模前輪轉(zhuǎn)向優(yōu)化53.4.2 后輪轉(zhuǎn)向改裝6第四章 硬件電路設(shè)計(jì)說明74.14.24.34.4單片機(jī)最小系統(tǒng)7電源模塊7運(yùn)放模塊8電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊8第五章 軟件設(shè)計(jì)105.15.25.35.4軟件開發(fā)平臺10軟件系

2、統(tǒng)總體設(shè)計(jì)10磁場信息獲取13控制算法135.4.1 轉(zhuǎn)向控制位置式 PID135.4.2 速度控制增量式 PID 算法15第六章 車模技術(shù)參數(shù)16第七章 總結(jié)177.1 存在的問題177.1.1 機(jī)械方面177.1.2 硬件方面177.2 心得體會17參考文獻(xiàn)18附錄 源代碼19 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第一章 引言全國大學(xué)生“恩智浦”杯智能汽車競賽是以“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)生的綜合知識運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，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)

3、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。 該競賽由競賽秘書處設(shè)計(jì)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)硬軟件技術(shù)平臺，競賽過程包括理論設(shè)計(jì)、實(shí)際制作、整車調(diào)試、現(xiàn)場比賽等環(huán)節(jié)，要求學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，協(xié)同工作，初步體會一個(gè)工程性的研究開發(fā)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全過程。該競賽融科學(xué)性、趣味性和觀賞性為一體，以迅猛發(fā)展、前景廣闊的汽車電子為背景，涵蓋自動(dòng)控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械與汽車等多學(xué)科專業(yè)的創(chuàng)意性比賽。該競賽規(guī)則透明，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)客觀，堅(jiān)持公開、公平、公正的原則，力求向健康、普康、持續(xù)的方向發(fā)展。 競賽要求在規(guī)定的汽車模型平臺上，使用恩智浦半導(dǎo)體公司的微控制器作為核心控制器，通過增加各種傳感器、電機(jī)

4、驅(qū)動(dòng)模塊以及編寫相應(yīng)控制程序，制作完成一個(gè)能夠自主識別道路的智能汽車。本屆競賽分為小白四輪組、變形三輪組、斷橋相會雙車組、飛毛腿節(jié)能組、橫沖直闖信標(biāo)組、室外越野電磁組、室外光電組七個(gè)組別和一個(gè)創(chuàng)意組別。 室外越野電磁組為今年的新興組別，第十四屆智能車競賽室外電磁組比賽， 比賽沒有賽道，只有電磁引導(dǎo)線。賽道元素包括有直道、彎道、坡道、十字路口以及橫斷路障等。地內(nèi)可能會存在高度不大于 2 厘米的硬質(zhì)路坎、沙坑、深度不超過2 厘米的水坑等。室外越野電磁組的車模使用科宇通博公司生產(chǎn)的 L 車模， 采用恩智浦 32 位微控制器 MK60DN512ZVLQ10 作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、，包括傳感器信號采集處理、控制算法及執(zhí)行、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制等， 最終實(shí)現(xiàn)一套能夠準(zhǔn)確識別賽道，快速完成比賽的智能車系統(tǒng)。 在這份報(bào)告中，我們主要通過對機(jī)械上車輛結(jié)構(gòu)和傳感器布局、軟件上控制算法和信號處理等方面的介紹，闡明我們的制作車輛在電感的排布方案、信號處理以及有效利用、避障方案、模糊動(dòng)態(tài)加權(quán)巡線策略、參數(shù)調(diào)節(jié)的思路和過程、車上的電路硬件電路、車模改裝等方面的創(chuàng)新和努力，集中了全隊(duì)成員的心血和智慧，樂意公開與大家分享交流。 1 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要介紹智能汽車系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和總體設(shè)計(jì)思路，在后面的章節(jié)中將整個(gè)系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件模塊

6、、控制算法等三部分對智能汽車控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹和分析。 2.1 系統(tǒng)總體方案為控制車輛完成巡線、避障、停車任務(wù)，我們采用了電感、超聲波模塊、編碼器等傳感器、將采集到的信息經(jīng)過硬件處理放大后交由 MCU 計(jì)算生產(chǎn) PWM 控制舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、并結(jié)合 OLED 顯示屏、按鍵和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互輔助控制和調(diào)試車輛。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案遵照競賽規(guī)則規(guī)定， 智能汽車系統(tǒng)采用恩智浦的 32 位微控制M K 6 0 D N 5 1 2 Z V L Q 1 0 單片機(jī)作為核心控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制。雖然比賽要求放寬了對傳感器的種類限制，但由于室外越野車要求在室外相對復(fù)雜的賽道環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，

7、攝像頭的處理難度大且不可靠，激光雷達(dá)無法采集到賽道上引導(dǎo)線的信息，故我們最終還是選擇了傳統(tǒng)的工字電感、賽車的位置信號由車體前方的工字電感和電容諧振后經(jīng)過運(yùn)放放大濾波，交由 MCU 通過 ADC 通道采集，用于賽車的運(yùn)動(dòng)控制策略，經(jīng)過計(jì)算后 FTM 模塊發(fā)出 PWM 波，驅(qū)動(dòng)兩舵機(jī)和直流電機(jī)對智能汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制和速度控制，使賽車在賽道上能夠自主巡線行駛完成指定任務(wù)，并以最短的時(shí)間最快的速度跑完全程。通過編碼器采集單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度構(gòu)成反饋，對電機(jī)進(jìn)行了速度閉環(huán)控制，使得車輛的速度能夠被精準(zhǔn)地控制，從而完成各種變速控制，超聲波模塊以一定的頻率發(fā)出超聲波在障礙表面反射模塊接收后經(jīng)計(jì)算變得到了

8、前方障礙的距離，通過檢測超聲波所返回的距離信息，MCU 將進(jìn)行決策是否進(jìn)入避障模式，控制舵機(jī)結(jié)合距離信息連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)完成繞過障礙這一過程，此外還加入按鍵、顯示屏和蜂鳴器進(jìn)行交互方便調(diào)試。 根據(jù)以上系統(tǒng)方案，本系統(tǒng)分為七大模塊，MK60DN512ZVLQ10 主控模塊、電磁檢測模塊、距離檢測模塊、速度檢測模塊、電源穩(wěn)壓模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊。 各模塊的功能作用如下所述： MK60DN512ZVLQ10 主控模塊：整車的核心控制器處理傳感器采集的信息輸出各類控制信號給元件達(dá)到目標(biāo)需求。 電磁檢測模塊：完成巡線任務(wù)的核心傳感器經(jīng)過處理的信息能夠快速準(zhǔn)確地 2 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能

9、汽車競賽技術(shù)報(bào)告顯示車輛相對電磁線偏離的角度，且由于電磁板向前伸出，采集的信息具有前瞻性，為車輛的控制提供了足夠的時(shí)間和次數(shù)。 距離檢測模塊：通過超聲波的反射得到前方是否有障礙和車輛到障礙的距離， 從而實(shí)現(xiàn)避障這一任務(wù)。 速度檢測模塊：得到單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的角度，實(shí)現(xiàn)對速度的精準(zhǔn)控制。電源穩(wěn)壓模塊：從電池得到的電流經(jīng)過穩(wěn)壓模塊得到不同的電壓滿足車上的 各類電子元件的額定電壓和電流，使其穩(wěn)定正常工作。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：接受到 MCU 上發(fā)出的 PWM 信號生成對應(yīng)大小和方向的電壓施加在電機(jī)兩端，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。 人機(jī)交互模塊：方便人對車輛的調(diào)節(jié)，快捷改變車輛上的設(shè)定狀態(tài)，跟快適 應(yīng)各種

10、場地。 3 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第三章 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化3.1 電磁傳感器在室外越野電磁組的賽道上鋪有一根銅導(dǎo)線，通有 100mA 左右 20KHz 的交變的信號電流，導(dǎo)線中的電流按一定規(guī)律變化時(shí)，導(dǎo)線周圍的磁場也將發(fā)生變化， 則線圈中 將感應(yīng)出一定的電動(dòng)勢，電感與電容所諧振網(wǎng)絡(luò)剛好選出 20KHz 的磁場強(qiáng)度的信號。 3.1.1 電磁傳感器選擇經(jīng)過分析前述理論可知，采用線圈傳感器檢測磁場強(qiáng)度的方法有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，并且容易實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用的線圈傳感器是工字電感，并將電感和電容串聯(lián)通過諧振原理選頻，輸出信號較大，且能模擬出車身在賽道上距離中心導(dǎo)線位置的線性

11、改變。為了提高磁場檢測精度，我們對所購買的工字電感進(jìn)行了嚴(yán)格篩選。通過公式： =12p LCf 式 3.1 由于市面上電容規(guī)格有限，我們設(shè)計(jì)了方便匹配電感電容對的 PCB，盡量去滿足最佳的 LC 數(shù)值，后來電磁桿前排更換成藍(lán)色工字電感。 3.1.2 電磁傳感器布局由于第十四屆恩智浦杯智能汽車大賽的電磁越野組是采用的 L 車摸，且無對電磁桿的限制要求，為了能保證車模盡早地感應(yīng)到磁場變化以及保證磁場采集的 穩(wěn)定性。我們采用了雙排電感的方式，前排電感為雙豎直加雙內(nèi)八字電感排列用 于轉(zhuǎn)彎， 提高對彎道的預(yù)測性，后排為兩個(gè)水平電感（最初設(shè)計(jì)時(shí)為四個(gè)電感， 后來只應(yīng)用了兩個(gè)）用于直道巡線，提高直道的穩(wěn)定性

12、。傳感器安裝方式如圖 3.1。 圖 3.1 電磁傳感器布局 4 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告3.3 速度傳感器測速裝置在智能車系統(tǒng)中占有非常重要的地位，其要求是分辨能力強(qiáng)、精度高和檢測時(shí)間短。從精度要求來看，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器最為合適，且集好， 抗干擾能力強(qiáng)。最終采用 1024 線增量式旋轉(zhuǎn)編碼器作為系統(tǒng)的測速模塊。測速時(shí)，通過齒輪與電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪咬合，后輪一轉(zhuǎn)動(dòng)，F(xiàn)TM 脈沖計(jì)數(shù)模塊就在累加編碼器產(chǎn)生的脈沖，而后在一定時(shí)長的定時(shí)中斷中將脈沖數(shù)讀出，通過換算轉(zhuǎn)變?yōu)楹筝嗈D(zhuǎn)速。 3.4 車模機(jī)械調(diào)整任何的控制算法和軟件程序都都有其執(zhí)行的上限，越優(yōu)秀的算法能夠更接近這個(gè)上限然而卻無

13、法超越，因此成熟穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了設(shè)計(jì)算法的難易和效率，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整是必要也是重要的。 3.4.1 車模前輪轉(zhuǎn)向優(yōu)化原車模前轉(zhuǎn)向球頭用的是活扣，如果拉桿受力形變比較大，就容易蹦出來， 原裝車?？拷囕喌那蝾^放在下邊，連接造成拉桿的角度太大，限制了前輪的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，需要把原來球頭取掉，將其裝到上面，拉桿也裝到上面，便可使轉(zhuǎn)動(dòng)角度增加 7-8，再將連接部分下方打磨，直至前輪固定臂與轉(zhuǎn)向連接臂之間無摩擦， 可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，至此左右轉(zhuǎn)向的角度最終擴(kuò)大 15左右。前輪最小轉(zhuǎn)彎半徑降低至越60cm。 圖 3.2 車模前輪轉(zhuǎn)向優(yōu)化 5 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告3.4.2 后

14、輪轉(zhuǎn)向改裝由于賽道均由折線連接而成，車模需要在更快更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向控制才能保證在高速行車的同時(shí)穩(wěn)定轉(zhuǎn)入下一直道，這就對轉(zhuǎn)向的性能有了高的要求。最終我們將后輪改裝使后輪與前輪同時(shí)轉(zhuǎn)向，前輪左轉(zhuǎn)后輪右轉(zhuǎn)反之亦然。如此轉(zhuǎn)彎半徑理論上可大幅減少。改裝方案如下： 舵機(jī)臂上連接一根 20cm 的拉桿與后輪由轉(zhuǎn)向柱連接，使得舵機(jī)同時(shí)控制前輪和后輪。后輪擺臂上安裝抬高固定柱，便于連接聯(lián)動(dòng)裝置，拉桿與固定板平面水平，保證不會與舵機(jī)傳動(dòng)桿碰撞，這樣，如果車身在受力下沉，此處拉桿基本可以呈現(xiàn)一個(gè)水平狀態(tài)，同時(shí)還保證了球頭的活動(dòng)空間，不會和上面的擺臂摩擦，拉桿與又轉(zhuǎn)向柱連接，右轉(zhuǎn)向柱通過短拉桿與轉(zhuǎn)向柱連接，左右轉(zhuǎn)向柱同時(shí)

15、固定于底板之上， 從而實(shí)現(xiàn)后輪與前輪的反向隨動(dòng)。 圖 3.3 后輪轉(zhuǎn)向改裝 經(jīng)測試該轉(zhuǎn)后的車模轉(zhuǎn)彎半徑有了極為顯著的變化，車模的最小轉(zhuǎn)彎半徑由原來的 60cm 減小到 42cm。改裝后的車模極為靈活完全滿足了比賽的需求但同時(shí)也增加了控制的難度，需要魯棒性更好的控制算法。 6 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第四章 硬件電路設(shè)計(jì)說明根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，硬件電路被分為四個(gè)模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源、運(yùn)放和驅(qū)動(dòng)。 4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)我們采用了自制的 MK60DN512ZVLQ10 單片機(jī)最小系統(tǒng)為本智能車系統(tǒng)的核心，最小系統(tǒng)板引出了 144 個(gè)引腳，最小系統(tǒng)板上自帶晶振電路、復(fù)

16、位電路、單片機(jī)電源電路。 4.2 電源模塊板子上的所有元件都需要穩(wěn)定的電源，供電的穩(wěn)定直接關(guān)系到整個(gè)小車的穩(wěn)定運(yùn)行。 智能車供電電源又 7.2V 電池供電。板上分為電池直接供電、穩(wěn)壓 5V 供電、穩(wěn)壓 3.3V 供電、穩(wěn)壓可調(diào)供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要電池直接供電，數(shù)字舵機(jī)需要 5-6V 電源,單片機(jī)需要 3.3V 供電，還有各種傳感器等模塊分別需要 3.3V 和5V 模塊電源。 5V 穩(wěn)壓我們采用 LM2940，LM2940 是低壓差的線性穩(wěn)壓集成電路，芯片輸入輸出之間的損耗比較小，效率高，輸出穩(wěn)定。3.3V 穩(wěn)壓采用 LM2937，對于單片機(jī)來說，單片機(jī)本身功耗低，但是它對電源穩(wěn)定性要求相對較高。

17、 圖 4.1 3.3V、5V 穩(wěn)壓電路 7 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告舵機(jī)工作時(shí)需要的電流較大，需要單獨(dú)供電以免拉低其他穩(wěn)壓電路電壓，。舵機(jī)可調(diào)穩(wěn)壓電路用 AS1015，調(diào)節(jié)電位器穩(wěn)定 6V 電壓供給舵機(jī)。 最終電源模塊電路圖如圖 4.1 圖 4.2 舵機(jī)穩(wěn)壓電路 4.3 運(yùn)放模塊電磁傳感器采集的電壓幅值較小，不利于電壓采樣導(dǎo)致精度低，所以要進(jìn)行放大，官方給出的如下運(yùn)放用來放大電磁傳感器的傳來的賽道信號，并將其檢波以供 AD 采集和信號處理。在制作運(yùn)放的時(shí)候我們使用 OPA4377 放大電路，如圖 4- 3。 圖 4.3 運(yùn)放電路 4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)芯片我們采用了

18、主流的大電流電機(jī)半橋驅(qū)動(dòng)芯片 IR2104。IR2104 型半橋驅(qū)動(dòng)芯片可以驅(qū)動(dòng)高端和低端兩個(gè) N 溝道 MOSFET，能提供較大的柵極驅(qū)動(dòng)電流，并具有硬件死區(qū)、硬件防同臂導(dǎo)通等功能。使用兩片 IR2104 型半橋驅(qū)動(dòng) 8 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告芯片可以組成完整的直流電機(jī) H 橋式驅(qū)動(dòng)電路。由于其功能完善，價(jià)格低廉容易采購，所以我們選擇它進(jìn)行設(shè)計(jì)，原理圖如圖 4.4 所示。 圖 4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 9 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第五章 軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件開發(fā)平臺軟件開發(fā)平臺為單片機(jī)通用 IAR Embedded Workbench 開發(fā)軟

19、件。Embedded Workbench for ARM 是 IARSystems 公司為 ARM 微處理器開發(fā)的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(下面簡稱 IAR EWARM)。比較其他的 ARM 開發(fā)環(huán)境，IAR EWARM 具有入門容易、使用方便和代碼緊湊等特點(diǎn) 1 。 IAR Systems 公司目前推出的最新版本是 IAR Embedded Workbenchfor ARM version。 EWARM 中包含一個(gè)全軟件的模擬程序(simulator)。用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種 ARM 內(nèi)核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運(yùn)行環(huán)境。從中可以了解和評估 IAR EWARM 的功能和使用方法。 圖

20、5.1IAR 使用界面5.2 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要用到了單片機(jī)的 5 個(gè)基本功能模塊： FTM 模塊、PIT 模塊、AD 轉(zhuǎn)換模塊、GPIO 模塊。通過配置寄存器先對所用到的模塊進(jìn)行硬件初始化，并通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實(shí)現(xiàn)需要的輸入和輸出。FTM 模塊輸出一定頻率，占空比可調(diào)的 PWM 信號用來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，F(xiàn)TM 脈沖捕獲讀編碼器返回的脈沖，PIT 模塊用來限定程序執(zhí)行的周期和順序，使各個(gè)模塊都以期望的節(jié)律工作，AD 模塊將電磁運(yùn)放放大的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， GPIO 模塊主要用作各種輸入輸出，顯示、按鍵、串口、IIC 等等。 10 第十四屆“恩智浦”

21、杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告系統(tǒng)流程如圖 5.2 所示。先對單片機(jī)的硬件和軟件進(jìn)行初始化，對傳感器采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理處理，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)反饋給控制器，由控制算法前方路況所需的轉(zhuǎn)向角度和速度。 圖 5.2 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)主程序 /* int main(void)/初始化 get_clk();/上電運(yùn)行獲取信息設(shè)置模塊參數(shù)ftm_motorandsevro_init();PIT0_init();11 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告ADC_init_mine(); OLED_Init() ;Key_init();/靜態(tài)顯示OLED_P6x8Str(0,0,);OLED_

22、P6x8Str(0,2,); OLED_P6x8Str(70,2, );/OLED_P6x8Str(72,4,AD7);OLED_P6x8Str(72,6,ST);while(1)Key_scan();OLED_Print_Num(24,0,AD_ConvertedValues4) OLED_Print_Num(88,0,AD_ConvertedValues0) ;OLED_Print_Num(24,2,AD_ConvertedValues3) OLED_Print_Num(88,2,AD_ConvertedValues1) ;OLED_Print_Num(24,4,AD_ConvertedV

23、alues2)/OLED_Print_Num(96,4,AD_ConvertedValues6); OLED_Print_Num1(24,6,(int)TurnDeviation); OLED_Print_Num1(88,6,(int)State) ;/OLED_Print_Num1(24,6,(int)TurnDeviation) ; OLED_Print_Num(88,6,State) ;if(AD_Convertedtime_Enable=1)Clockflag=1; while(My_SystemClock_10msAD_Convertedtime)for(AD_5=0;AD_5AD_

24、MaxValueAD_5) AD_MaxValueAD_5=AD_ConvertedValuesAD_5; if(AD_ConvertedValuesAD_53000)Speedset=0; Clockflag=0;/時(shí)鐘清零 5.3 磁場信息獲取RC 諧振電路采集從賽道中心導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的電信號，首先經(jīng)過運(yùn)放電路進(jìn)行放大。然后對放大后的信號進(jìn)行檢波。我們采用傳感器檢測整個(gè)磁場信息和車身位置，我們采用了雙排電感的方式，前排電感為雙豎直加雙內(nèi)八字電感排列用于轉(zhuǎn)彎，提高對彎道的預(yù)測性，后排為兩個(gè)水平電感用于直道巡線和環(huán)島判斷，并提高直道的穩(wěn)定性。 5.4 控制算法5.4.1 轉(zhuǎn)向控制位置式

25、PID在復(fù)雜的賽道上要求車體盡可能以高速穩(wěn)定運(yùn)行，就要求用更少的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié) PID 是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法。對于轉(zhuǎn)向來說不存在穩(wěn)態(tài)誤差因此去掉了 I 項(xiàng)，僅剩兩個(gè)參數(shù) Kp 和 kd。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該控制器的性能差強(qiáng)人意，因此我們對該控制器進(jìn)行了優(yōu)化，將 Kp 和 Kd 根據(jù)偏差動(dòng)態(tài)變化適應(yīng)不同姿態(tài)下的要求。程序如下 float Turn_Control(float TurnDeviation,uint8 mode)float TurnOutput,Turn_P,Turn_D; static float TurnDeviationLast;/static float

26、TurnDeviationAbs;if(TurnDeviation 0)TurnDeviation = TurnDeviation * TurnRightKp;/調(diào)節(jié)左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)的對稱/TurnDeviationAbs = TurnDeviation;/取絕對值 elseTurnDeviation = TurnDeviation * TurnLeftKp;/調(diào)節(jié)左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)的對稱/TurnDeviationAbs = -TurnDeviation;/取絕對值 13 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告/根據(jù)偏差大小進(jìn)行 PD 參數(shù)分段，參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況做調(diào)整 if(TurnDev

27、iationAbs TurnDeviationDivide1)TurnPID.Kp = (TurnDivideKp1-TurnDivideKp0)*(TurnDeviationAbs-TurnDeviationDivide0)/(TurnDeviationDivide1- TurnDeviationDivide0)+TurnDivideKp0;/TurnPID.Kd = (TurnDivideKd1-TurnDivideKd0)*(TurnDeviationAbs-TurnDeviationDivide0)/(TurnDeviationDivide1- TurnDeviationDivide0

28、)+TurnDivideKd0;/else if(TurnDeviationAbs TurnDeviationDivide2)TurnPID.Kp = (TurnDivideKp2-TurnDivideKp1)*(TurnDeviationAbs-TurnDeviationDivide1)/(TurnDeviationDivide2- TurnDeviationDivide1)+TurnDivideKp1;/TurnPID.Kd = (TurnDivideKd2-TurnDivideKd1)*(TurnDeviationAbs-TurnDeviationDivide1)/(TurnDeviat

29、ionDivide2- TurnDeviationDivide1)+TurnDivideKd1;/ else if(TurnDeviationAbs INTEGRAL_LIMIT) Speed_I = INTEGRAL_LIMIT; else if(Speed_I = 999) SpeedOutput = 999; else if(SpeedOutput = -999) SpeedOutput = -999; return SpeedOutput; 增量式 PID 要注意限幅，不然會出現(xiàn)溢出。 15 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第六章車模技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)： 16項(xiàng)目

30、參數(shù) 路徑檢測方法（賽題組） 電磁組 車模幾何尺寸（長、寬、高）（毫米） 780mm、400mm、208mm 傳感器種類及個(gè)數(shù) 超聲波測距模塊 US-100*1、電感10mH*8 、電容 6.8nF*8、編碼器 1024 線雙向增量式迷你編碼器*1 電機(jī)種類及個(gè)數(shù) LS-540SM 直流電機(jī)1 電源電壓范圍 7.2V8.4V 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告第七章 總結(jié)7.1 存在的問題7.1.1 機(jī)械方面在機(jī)械方面，前后輪的改裝始終是個(gè)重點(diǎn)，改裝的好壞直接影響了車模過彎的快速性和在直道上的穩(wěn)定性，但改裝后輪使后輪存在虛位，導(dǎo)致車模穩(wěn)定性變差，加上改裝后輪會使舵機(jī)負(fù)載加大，使

31、車模更不容易控制，這都是需要不斷改進(jìn)的問題。 7.1.2硬件方面 在硬件方面，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定程度決定車的穩(wěn)定程度，電機(jī)驅(qū)動(dòng)容易因電流過大而燒壞；還有一個(gè)問題就是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)容易莫名其妙的打假賽，毫無規(guī)律可言。再有就是我們的電磁桿是 PCB 打印的，硬度不夠，容易撞斷，急需改進(jìn)。 7.2 心得體會 智能車不像其他比賽，這個(gè)比賽幾乎需要用一年的心血去完成，但是這也是這個(gè)比賽最 大的迷人之處，越是來得不易，越是懂得珍惜。在這一年的奮力拼搏中，使我們更加認(rèn)識到了動(dòng)手能力和理論知識的重要性，而理論與實(shí)踐的結(jié)合更是重中之重。由于自身理論知識的欠缺和動(dòng)手能力的不佳在工作中頻頻受阻，走了好多彎路，但我們最終還是

32、收獲了軟件硬件 等各個(gè)方面的提升，收獲了隊(duì)友之間來自不易的友情，愿青春無限，記憶永存。 17 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告參考文獻(xiàn)1 卓晴，黃開勝，邵貝貝學(xué)做智能車M 北京：北京航空大學(xué)2 童詩白，華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京. 高等教育，2007 2000 3 李仕伯，馬旭，卓晴.基于磁場檢測的尋線小車傳感器布局研究.北京.清華大學(xué).2009 4 臧杰，閻巖汽車構(gòu)造M北械工業(yè)，2005 ，2006.1 5 譚浩強(qiáng)C 語言程序設(shè)計(jì)M.清華大學(xué)6 邵貝貝 單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法M 北京：清華大學(xué)7 張化光，何希勤模糊自適應(yīng)控制理論及其應(yīng)用M北京：北京航空大學(xué) ， 2

33、004 ，2002 18 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告附錄 源代碼/ 室外越野電磁組2019-8-18main:/1 車/1111111111111111111111111111111111111111111/ #include include.hint main(void)get_clk(); ftm_motorandsevro_init(); PIT0_init(); ADC_init_mine(); OLED_Init() ;Key_init(); myledinit(); myuart_init();/IIC_init();/InitMPU6050();/靜態(tài)顯示

34、OLED_P6x8Str(0,0,);OLED_P6x8Str(0,2,); OLED_P6x8Str(70,2,_ ); OLED_P6x8Str(72,4,LS);OLED_P6x8Str(72,6,RS);while(key2=0)&(AD_Convertedtime_Enable=1)Key_scan();for(AD_Num=0;AD_NumAD_MaxValueAD_Num) AD_MaxValueAD_Num=AD_ConvertedValuesAD_Num; if(AD_ConvertedValuesAD_Num30)Distance_cm=uart_distance_calu

35、ate(); CSB_Count=0;/ OLED_Print_Num1(88,1,(int)State);else if(key2=2)OLED_Print_Num1(24,1,(int)Distance_cm);OLED_Print_Num1(24,0,(int)AD_NormalizedLF) OLED_Print_Num1(88,0,(int)AD_NormalizedRF) ;OLED_Print_Num1(24,1,(int)AD_NormalizedLS) OLED_Print_Num1(88,1,(int)AD_NormalizedRS) ;OLED_Print_Num1(24

36、,2,(int)AD_NormalizedLA)OLED_Print_Num1(88,2,(int)AD_NormalizedRA) ;OLED_Print_Num1(88,3,(int)State);OLED_Print_Num1(24,5,(int)TurnDeviation0) OLED_Print_Num1(88,5,(int)TurnDeviation1);OLED_Print_Num1(24,6,(int)ServoPWM); OLED_Print_Num1(88,6,(int)(FuzzyKf*100);OLED_Print_Num1(24,7,(int)Distance2/40

37、0);20 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告/isc:void PIT1_IRQHandler(void)static uint8 PIT1_Count = 0;/static uint16 LL_Count =0; PIT_FlAG_CLR(pit1); PIT1_Count+;/My_SystemClock_10ms=My_SystemClock(Clockflag,PIT1_Count); /中斷驅(qū)使時(shí)鐘AD_ConvertedValues0= AD_ConvertedValues1= AD_ConvertedValues2= AD_ConvertedValues3=

38、AD_ConvertedValues4= AD_ConvertedValues5= AD_ConvertedValues6=AD_ConvertedValues7=adc_once(ADC0_SE8,ADC_12bit); adc_once(ADC0_SE9,ADC_12bit); adc_once(ADC0_SE12,ADC_12bit); adc_once(ADC0_SE13,ADC_12bit); adc_once(ADC1_SE14,ADC_12bit); adc_once(ADC1_SE15,ADC_12bit); adc_once(ADC1_SE16,ADC_12bit);adc_

39、once(ADC0_SE16,ADC_12bit);Anti_Interference_Filter(AD_ConvertedValues,AD_AfterFiter1,5); ADC_Normalization(AD_AfterFiter1,AD_Normalized);/數(shù)據(jù)歸一化FuzzyKf=PL_Calculate(AD_Normalized);/FuzzyLf=Cross_Calculate(AD_Normalized);/judege90_K=judege90(AD_Normalized,1.12,0.5); TurnDeviation0 = Deviation_Calculat

40、e(AD_Normalized,0); TurnDeviation1 = Deviation_Calculate(AD_Normalized,1);TurnDeviation2 = Deviation_Calculate(AD_Normalized,2);/RG_PD=(int)HD();if(AD_Convertedtime_Enable=0) State=Analysis(AD_Normalized,AD_AfterFiter1,Distance_cm,Distance,TurnDeviation);/分析if(State=CL) myledbright(); /elseif(AD_Aft

41、erFiter1LA23748)gpio_set(E1,1);gpio_set(E1,1);led0();else if(State=OA)else if(State=RG)gpio_set(E1,1);gpio_set(E1,1);led0();else if(State=LA69)|(State=RA69)else if(State=ED)myledbright();gpio_set(E1,1); myledbright();elsegpio_set(E1,0);led1();/if(Distance2480000)/調(diào)試用 /State=OA;if(PIT1_Count10)/轉(zhuǎn)向閉環(huán)周

42、期為 20msPIT1_Count = 0;21 第十四屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告/舵機(jī)控制if(State=FBPL) /雙排混合ServoPWM = (int) Doublepass_Turn_Control(TurnDeviation,FuzzyKf);/轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制ftm_sevro_control(158);speedoutput=(int)speedchange();else if(State=FPL) /前排ServoPWM = (int)Turn_Control(TurnDeviation,0);/轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制ftm_sevro_control(ServoPWM);speedoutput=(int)speedchange();else if(State=BPL) /后排ServoPWM = (int)Turn_Control(TurnDeviation,1);/轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制ftm_sevro_control(ServoPWM);speedoutput=(int)speedchange();else if(State=RG)/環(huán)島ServoPWM = (int)Doublepass_Turn_Control(TurnDeviation,Fuz