智能汽車系統(tǒng)設計方案-文庫吧
2025-04-12 12:09 本頁面
【正文】 源穩(wěn)壓電路分別需要有+，+5V，+。+、加速度計陀螺儀模塊、鷹眼攝像頭供電；+5V為編碼器、KL26最小系統(tǒng)板供電；+，由于整個系統(tǒng)中+5V 電路功耗較大，為了降低電源紋波，我們考慮使用線性穩(wěn)壓電路。另外，LM2940的穩(wěn)壓的線性度非常好，而且具有紋波小、電路結構簡單的特點，所以我們選擇使用它作為5V穩(wěn)壓芯片。 LM2940原理圖+，但是在之后發(fā)現(xiàn)5V電路負載過大，易導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，后來選用AIC1086PM33芯片， AIC1086PM33原理圖電機驅動芯片我們選擇使用BTN7971 B。BTN7971B是一個完全集成的大電流電機驅動應用半橋。它是NovalithIC含有一個集成的驅動IC封裝在一個一個P溝道MOSFET和一個n highside通道低邊MOSFET系列的一部分。由于P溝道highside開關的電荷泵需要被淘汰從而減少EMI。接口與微控制器是輕松的集成驅動IC功能的邏輯電平輸入，用電流檢測，轉換率的調整，死區(qū)時間生成和防止過熱，過壓,欠壓，過流和短路保護的診斷。BTN7971 B提供了一個受保護的高電流PWM馬達具有非常低的電路板空間的消費驅動器的成本優(yōu)化的解決方案。 電機驅動芯片原理圖我們使用74LS74芯片作為隔離芯片。：我們使用MIC5219低壓差穩(wěn)壓芯片單獨為電機模塊隔離芯片提供電源，： 加速度計陀螺儀接口大賽規(guī)定了陀螺儀和加速度計的選用范圍。經過挑選,陀螺儀使用ENC03M，加速度計使用MMA8451。： 加速度計和陀螺儀接口原理圖 攝像頭傳感器接口我們的智能模型車自動控制系統(tǒng)中使用野火鷹眼OV7725攝像頭采集賽道信息。ov7725 信噪比高、速度快、穩(wěn)定性好和微光靈敏度高，其硬件二值化效果非常好。由于KL26抗干擾能力比較弱，因此需在PCLK和VSYNC信號線接下拉150歐電阻增強電路的抗干擾能力。： 攝像頭接口原理圖 編碼器接口由于KL26上沒有正交編碼，我們需要使用D觸發(fā)器，根據(jù)AB相的相位差，來獲取編碼器的正反轉狀態(tài)。我們使用HC74LS74雙D觸發(fā)器來判斷電機的正反轉。編碼器接口原理圖，： 編碼器原理圖 輔助調試模塊在調試過程之中，我們需要實時的了解與掌握一些車的運行狀態(tài)，比如說傳感器的狀態(tài)，調試時用OLED將這些參數(shù)顯示出來，讓我們實時的監(jiān)測車的狀態(tài)，從而做出判斷，這樣很大程度的方便了對車的調試。有時候需要對參數(shù)作修改處理，如果每修改一個數(shù)據(jù)就下載一次程序的話，就會浪費時間，這時應用按鍵、撥碼開關以及OLED來實現(xiàn)參數(shù)調整將大大節(jié)省調試時間。撥碼開關、： 撥碼開關原理圖 按鍵原理圖 OLED接口原理圖 小結硬件電路是模型汽車系統(tǒng)的必備部分。只有穩(wěn)定的硬件電路才能保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為此，我們在設計電路之時，考慮了很多問題，采用了模擬部分與數(shù)字部分隔離等措施。我們的硬件電路的設計思想是在保證正確檢測信號的前提下，盡可能精簡電路。第四章 軟件系統(tǒng)設計及實現(xiàn)高效的軟件程序是智能車高速平穩(wěn)自動尋線的基礎。我們設計的智能車系統(tǒng)采用數(shù)字攝像頭OV7725進行賽道識別，圖像采集及校正處理就成了整個軟件的核心內容。在智能車的轉向和速度控制方面，我們使用了經典PID,模糊PID控制算法，配合使用理論計算和實際參數(shù)補償?shù)霓k法，使智能車能夠穩(wěn)定快速的運行在跑道上。 程序流程圖我們將圖像采集和圖像處理放在main函數(shù)中，角度控制，方向控制，速度控制放在PIT中斷里面。經過長期測試，這種構架是穩(wěn)定可靠的。 平衡控制算法車模平衡控制是通過負反饋來實現(xiàn)的，通過控制兩個電機正反向運動保持車模直立平衡狀態(tài)。因為車模有兩個輪子著地，車體只會在輪子滾動的方向上發(fā)生傾斜。控制輪子轉動，抵消在一個維度上傾斜的趨勢便可以保持車體平衡了，為了避免對車模平衡的影響車模，車模速度、方向的控制應該盡量保持平滑，以減少對于平衡控制的干擾。了解PID控制后，我們在車模的平衡控制使用比例、微分控制。將車模角度和角速度乘以各自相應的系數(shù)就可以得到直立控制輸出量。 角度控制算法圖我們通過調節(jié)車模的傾角來實現(xiàn)車模速度控制，但為了避免影響車模平衡控制，這個車模傾角的改變需要非常緩慢的進行，因此在算法中，速度控制輸出量的變化函數(shù)均勻分配在20個角度控制函數(shù)周期內，這樣可以保證車模的穩(wěn)定性。速度控制周期為100毫秒。讀取兩個編碼器脈沖累加值，利用100毫秒的脈沖數(shù)量可以反映車模的電機的轉速。據(jù)返回的速度值進行自適應調整，從而進行速度的閉環(huán)控制。車模速度采用兩個電極速度的平均值。 速度控制算法框圖 方向控制算法在方向控制中，通過攝像頭對賽道信息進行采集，經過相關處理之后，計算得方向偏差。以此作為方向控制的輸入量。通過左右電機速度差驅動車模轉向消除車模距離道路中心的偏差。通過調整車模的方向，再加上車前行運動，可以逐步消除車模距離中心線的距離差別。這個過程是一個積分過程，因此車模差動控制一般只需要進行簡單的比例控制就可以完成車模方向控制。我們引入PID算法中的比例、微分控制。由于經典PID算法在速度比較快時，P值無法適應各種場景，于是我們引入模糊PID進行方向控制，將P值模糊化，根據(jù)不同的偏差給定不同的P值。經過大量測試發(fā)現(xiàn)小車直線行駛更加穩(wěn)定，彎道反應更加靈敏。賽道邊線提取我們采用邊緣跟蹤+智能延伸掃描算法。思路如下：攝像頭采集到圖像之后，掃描一幀圖像
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