【正文】 工作在方式 2 時，V2=G+A。由此可得： G=(V1V2)／ 2； C） 角度處理 : 在上圖中 可分析出其判斷水平面內(nèi) 360176。角的大小。 值得一提的是，接收到的檢測信號是 0— 5V之間的電壓值，在程序中我們都要對每次接收到數(shù)據(jù)做減 ，完成于上圖的配合。 交變磁場檢測 1） 交變 磁場的檢 測電路較容易，在此主要注意幾個問題： A） 本電路所選三極管為 C1815，其放大倍數(shù)為 80700，帶寬為 80MH，完全可以擔(dān)任放大任務(wù)。三極管的性能直接決定了放大后的效果，放大倍數(shù)太小直接影響輸出電壓的復(fù)制； B） 在設(shè)置基極偏置電壓時，對基極電阻的調(diào)節(jié)和選三極管有恨大關(guān)系，調(diào)節(jié)此電阻使集電極靜態(tài)工作點(diǎn)在電源電壓一半稍高即可，防止波形嚴(yán)重失真，導(dǎo)致無有效電壓值； C） 在最后整形濾波出， 采用二極管 1819，其壓降僅為 可盡量減小電壓的損失； D）電阻于電容的選擇關(guān)系到采集電路信息的時效性，準(zhǔn)確性。 2） 電 感線圈的排布分析： 通電導(dǎo)線周圍磁場的分布 如圖 導(dǎo)線周圍磁場強(qiáng)度與距離的關(guān)系 ，根據(jù)通電導(dǎo)線周圍的磁場分布 可知 ， 當(dāng)線圈偏離導(dǎo)線較遠(yuǎn)時，感應(yīng)電壓值很小，傳感器感應(yīng)的電勢太小，不利于信號的處理。所以距車頭同一距離處設(shè)置兩對 電感線圈。為加大前沿性，我們在最前設(shè)置一對傳感器，這樣共兩排傳感器，能夠較好地完成尋跡。 4） 、 電機(jī) 驅(qū)動模塊 用場效應(yīng)管搭建 H橋來驅(qū)動電機(jī)。場效應(yīng)管具有內(nèi)阻極小、開關(guān)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。并且方便加散熱片。場效應(yīng)管是電 壓驅(qū)動器件，只要柵極電壓稍高一點(diǎn)就能使管子導(dǎo)通，單片 機(jī) 直接 輸出的電壓不太夠，所以還要增加?xùn)艠O驅(qū)動電路，可以用 cmos 與非門 CD4011，場效應(yīng)管 P 管用 IRF4905， N管用 IRF3205，受到 P 管電流限制，最大電流為 74A。 實(shí)際電路我們想用兩管子并聯(lián)，提高本驅(qū)動的驅(qū)動電流，最終為提高使用時間和壽命，我們四片并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動。 5） 、舵機(jī)驅(qū)動模塊 所選舵機(jī)外形： 舵機(jī)工作原理： 原理介紹： 舵機(jī)的控制信號為周期是 20ms 的脈寬調(diào)制（ PWM）信號，其中脈沖寬度從，相對應(yīng)舵盤的位置為 0－ 180 度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會 保持在一個相對應(yīng)的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信 號，它才會改變輸出角度到新的對應(yīng)的位置上。舵機(jī)內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期 20ms，寬度 的基準(zhǔn)信號，有一個比較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信 號。由此可見，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動當(dāng)中。 6） 、 LCD 顯示模塊 1602原理圖 液晶 的使用方便調(diào)試中需要知道的數(shù)據(jù)的顯示。在調(diào)試中，可以顯示每個磁傳感器的當(dāng)前的 AD 值，速度反饋值，當(dāng)前驅(qū)動電機(jī)及舵機(jī)的 PWM 信號的頻率等信息，很直觀地顯示當(dāng)前狀態(tài)。這是比較簡單使用的人機(jī)界面。 第五章 軟件設(shè)計(jì) 1）概述 賽車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由賽道信息的采集與數(shù)據(jù)分析、方向控制、速度控制著三個部分 組成。框圖如下： 由上圖，我們就可以將系統(tǒng)細(xì)分為： AD采集賽道信息、數(shù)據(jù)分析、舵機(jī)PWM控制、定時測速、電機(jī) PWM控制、起跑線檢測這六個部分。將系統(tǒng)細(xì)分可以讓軟件與底層硬件模塊接口的配合更緊密，同時也是把軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)從具體的硬件中盡量抽象出來，使控制更方便，程序更易讀，也是把團(tuán)隊(duì)分工整合起來的有效途徑。 2） 賽道信息的采集與數(shù)據(jù)分析 賽道信息的采集分為路況信息的采集和起跑線的采集這兩個部分。 路況信息的采集主要是由安裝在賽車前面的多排感應(yīng)線圈來完成 。感應(yīng)線圈通過檢測賽道上方的磁場，采集到的信號經(jīng)過諧振、放大、檢波，然后直接送到單片機(jī)的 AD口。單片機(jī)通過 AD采樣模塊直接就可以得到感應(yīng)線圈感應(yīng)到磁場信號的大小。另外，賽車安裝完成后，感應(yīng)線圈之間的距離以及對地的高度都是恒定的，因此通過多次對比采集得到的感應(yīng)線圈信號的大小即可得到賽道中心相對于感應(yīng)線圈的位置，為賽車的轉(zhuǎn)向控制提供依據(jù)。 起跑線的采集主要是由安裝在車頭上的一排干簧管來完成。由于干簧管是連接在單片機(jī)的 T3口上的，當(dāng)采集到起跑線時觸發(fā)單片機(jī)的中斷，然后使賽車停止。 數(shù)據(jù)處理方面要分別對采集的兩部分 信息進(jìn)行處理。賽道信息的處理，主要是對 AD采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，以消除不同的感應(yīng)線圈之間的差異。而起跑線信號則主要是去抖動，防止因抖動而誤動作。 賽道信息的采集與數(shù)據(jù)分析 HC9S12XS128 轉(zhuǎn)向控制 速度控制 圖 系統(tǒng)框圖 賽道信息的采集與數(shù)據(jù)分析的程序流程如上圖所示： 3） 轉(zhuǎn)向 控制 賽車的轉(zhuǎn)向主要是由舵機(jī)來完成的。賽車的轉(zhuǎn)向控制就是對舵機(jī)的控制，并考慮速度對于轉(zhuǎn)向的影響 。 舵機(jī)的角度分配一般有兩種方式：查表方式、 PID方式。分析比賽的要求，不難看出精確的轉(zhuǎn)向控制是完成比賽的關(guān)鍵，而我們采樣得到的電壓值也是連續(xù)變化的，如果采用 查表方式的話，還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化的處理，很難完成精控制的要求。實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)，采用查表方式時，舵機(jī)的轉(zhuǎn)角會出現(xiàn)不連續(xù)的狀況，影響賽車的穩(wěn)定性。 而使用 PID調(diào)節(jié)方式對舵機(jī)進(jìn)行控制，該方式在不論是反應(yīng)速度，還是舵機(jī)轉(zhuǎn)向連續(xù)以及轉(zhuǎn)角預(yù)測上都優(yōu)于查表方式，因此，在實(shí)際過程中，我們使用的是 PID方式。 方向的控制主要是根據(jù)預(yù)瞄區(qū)賽道中心的位置，初步確定舵機(jī)轉(zhuǎn)角，并根據(jù)賽道變化的趨勢對舵機(jī)轉(zhuǎn)角進(jìn)行修正。簡單的說，轉(zhuǎn)向控制就是以偏離糾正的思想為原則。 在實(shí)際的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的處理，一方面消除了傳感器差異的影響 ；另一方面也為獲得賽車與跑道的偏離度提供方便。 下圖 為賽車與賽道偏離的示意圖， ABCD 表示賽車， Y 軸是賽車的中軸線， EF 為賽道的趨勢線。在實(shí)際的轉(zhuǎn)向過程中，賽車的轉(zhuǎn)向是靠前輪來完成的。結(jié)合下圖，傳感器之間的距離以及安裝的高度都是確定的，我們就可以將賽車的偏離度簡單的轉(zhuǎn)化成車前方左右兩邊傳感器電壓的差值。并以電壓差為輸入量，用增量式的 PID 控制算法直接計(jì)算，獲得舵機(jī)的動作增量。 計(jì)算公式如下： )]2()1(2)([)()]1()([ ????????? kEkEkEKkEKkEkEK DIP數(shù)據(jù)有錯？ Y 程序開始 AD 采樣 N 歸一化 結(jié)束 初始化 dtdeKed tKeKu DIp ??? ? 賽車與賽道偏離示意圖 4）速度控制 在正確檢測跑道的前提下 ，速度是本設(shè)計(jì)的重要特性 。由于賽道的情況 是未知的 ，速度過高很可能會使賽車不穩(wěn)定或者來不及轉(zhuǎn)向而沖出賽道。 在隨動控制系統(tǒng)中，如果速度控制采用開環(huán)控制其魯棒性很差，極易受到擾動量的干擾使使系統(tǒng)不穩(wěn)定。賽車對穩(wěn)定性和速度的要求都很高，因此要求系統(tǒng)的抗干擾性能很強(qiáng)。所以開環(huán)控制不適合賽車的控制系統(tǒng)，必須使用閉環(huán)控制。 一般而言在采集到實(shí)時的速度以后速度控制方式是對動力進(jìn)行控制，當(dāng)速度高于一定值的時候減小賽車的動力，而速度過小的時候需要增加賽車的動力。這種方法有很大的缺點(diǎn)，它不能快速降低速度，可能會使賽車在直道進(jìn)入彎道 的時候因速度過高而轉(zhuǎn)向不及時。 另外電磁 前瞻距離很小，對賽道類型的判斷也不能保證很準(zhǔn)確，為了穩(wěn)中求勝，我們在速度控制時只對速度進(jìn)行了控制。 此處的程序原理于方向的控制相似，利用 PID 控制，快速、準(zhǔn)確地控制速度值。 具體程序見附頁。 第 六 章 結(jié)論 本設(shè)計(jì)自參賽以來經(jīng)過查找資料，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，組裝車模 ,分析問題，編寫程序階段工作，直到系統(tǒng)成型，一共經(jīng)過了五個月的時間，其間嘗試了兩路電感控制，四路電感 做差控制；六點(diǎn)感“二 ”字排法等算法 ,最后我們選擇了六路傳感器 作為最終的方案，能車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中所完成的工作如 下： (1)研究了傳感器的排布對控制策略 的影響，提出了合適的傳感器排布方式，提高了尋線的準(zhǔn)確性 。 (2)并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上證明了在本系統(tǒng)中電機(jī)可以近似為一階系統(tǒng)，并由此完成了電機(jī) PID算法。 (3)在機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了大量的理論分析及改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上完成了剎車制動算法。 由于水平有限，并且時間不足，有許多技術(shù)與算法都沒有深入的研究，需要在以后繼續(xù)研究中不斷的完善，總結(jié)如下： (1) 電機(jī)的 PID并不能將電機(jī)的加速性能很好的表現(xiàn)出來。 (2) 電路的可靠性，抗高頻電磁干擾的性能有待提高。 (3) 對路況信息的 處理還有待提高，特別是有用信息的提取。 附頁： include /* mon defines and macros */ include /* derivativespecific definitions */ include include include include pragma LINK_INFO DERIVATIVE MC9S12XS128 define Led5 PORTE_PE5 define Led6 PORTE_PE6 define KEY PORTB_PB3 define Led_left PORTB_PB5 define Led_right PORTB_PB7 uchar n,r=0,z,flag,Flag=0。 uchar count=0。 static unsigned int waittime = 0。 uchar FB=90,SH=45,SH1=45,V1=90,V2=90, V3=85,V4=150,V5=90,V6=90。 unsigned int AD_1。 //AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 unsigned int AD_2。 //AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 unsigned int AD_3。 //AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 unsigned int AD_4。 //AD 轉(zhuǎn)換