基于h8-3048單片機(jī)的智能車驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-文庫(kù)吧
2025-07-26 17:00 本頁(yè)面
【正文】 定快速采集以及智能小車電機(jī)速度的有效精確測(cè)量。為智能小車實(shí)現(xiàn)PID的閉環(huán)控制、模糊控制等提供最有效、穩(wěn)定的平臺(tái)基礎(chǔ)。 作為一個(gè)完整的電器控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性和可靠性是其最為重要的一個(gè)目標(biāo)之一。要使該系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定、可靠最直接有效的是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。用模塊化的方法把系統(tǒng)的主干構(gòu)建起來(lái)，避免不必要的細(xì)節(jié)影響整體的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)與器件選擇盡量簡(jiǎn)單化，有利于快速有效地把握控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。使系統(tǒng)性能處于最穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。 硬件選型MCU 選型：智能小車使用的微控制器為日本瑞薩科技公司開(kāi)發(fā)的Renesas H8/3048FONE底板： RY3048FONE電機(jī)：采用Mabuchi公司制造的RC260RA18130 型號(hào)電機(jī)伺服機(jī)：采用韓國(guó)Hitec公司制造的HS425BB型號(hào)伺服機(jī)紅外傳感器：發(fā)射采用TLN119 接收則采用 S7136 總體硬件設(shè)計(jì)框圖硬件部分主要包括：cpu主板模塊 、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板模塊 、閘門傳感器模塊、傳感器板模塊。（） 總體硬件設(shè)計(jì)圖 傳感器板模塊 傳感器器件的選型原則智能小車系統(tǒng)包括最主要的，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、控制輸出等部分。因此傳感器模塊作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊其重要性不言而喻。其作用主要用來(lái)，識(shí)別賽道上的黑白標(biāo)識(shí)線以實(shí)現(xiàn)路況的判斷，給控制模塊的判斷作出重要依據(jù)?？梢孕蜗蟮乇扔鳛槿说奈骞佟Ｂ窂阶R(shí)別方案最常用的是但CCD傳感器以及光電傳感器兩種，CCD的優(yōu)點(diǎn)是可以更遠(yuǎn)更早地感知賽道的變化，但CCD 傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)。光電傳感器體積小、價(jià)格低廉、安裝靈活方便且不易受可見(jiàn)光的干擾，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中本系統(tǒng)考慮使用8個(gè)紅外傳感器路徑檢測(cè)元件是一種實(shí)用有效的方法。 路徑識(shí)別原理路徑識(shí)別主要是通過(guò)賽道上黑線對(duì)紅外線的吸收，白線對(duì)紅外線的發(fā)射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖 路徑識(shí)別原理圖紅外反射式光電傳感器由一個(gè)發(fā)射管和一個(gè)接收管組成, 相應(yīng)于不同的路面條件（主要是反射程度）, 接收管接收到地面漫反射紅外線后其兩端電壓將有所不同。其電壓大小與路面情況有關(guān)：當(dāng)路面的顏色為白色時(shí)，反射光較強(qiáng), 電壓較高；當(dāng)路面的顏色為黑色時(shí)，反射光較弱, 電壓較低。然后通過(guò)AD/DA轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，便能夠通過(guò)程序來(lái)判斷賽道的路況。 傳感器電路圖光電傳感器使用過(guò)程中要注意幾個(gè)問(wèn)題。首先, 要提高器件的一致性：一是發(fā)射/接收器件兩者的波長(zhǎng)特性一致；二是發(fā)射/接收傳感器組對(duì)時(shí), 各方面性能應(yīng)盡量比較接近；三是安裝狀態(tài)一致, 如各對(duì)傳感器的間距、高低、偏角等, 因?yàn)檫@些因素都會(huì)影響光的反射和接收。其次, 光電傳感器應(yīng)盡量靠近地面, 以便減少外界光源對(duì)傳感器的干擾。垂直高度為510mm為宜, 離地面過(guò)遠(yuǎn), 光反射信號(hào)差, 信號(hào)不強(qiáng)；離地面過(guò)近, 會(huì)導(dǎo)致反射角度太大, 加劇光漫射干擾的影響, 故應(yīng)適當(dāng), 以保證傳感器具有最佳的反應(yīng)。 閘門傳感器模塊閘門傳感器模塊，主要是用來(lái)識(shí)別比賽時(shí)檔在智能小車前面的閘門。該模塊的原理和路徑識(shí)別用的紅外傳感原理相同。圖 閘門傳感器原理圖閘門在比賽之前是關(guān)閉的，在智能小車前端放置和路徑識(shí)別一樣的紅外傳感器就能判別閘門的開(kāi)閉狀態(tài)。當(dāng)閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)有：檢測(cè)到反射、閘門處于關(guān)閉、小車等待當(dāng)閘門處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)有：沒(méi)有檢測(cè)到反射、閘門處于打開(kāi)、小車出發(fā)圖 閘門傳感器電路原理圖 速度編碼盤模塊為了配合進(jìn)行PID的閉環(huán)控制，所以必須要制作一個(gè)能用于測(cè)量智能小車后輪左右電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置。 方案選擇由于要測(cè)的是電機(jī)的速度考慮到要把速度編碼盤裝置安裝在后輪電機(jī)附近，因此應(yīng)該考慮使用體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)的速度編碼器。照目前，智能小車方面來(lái)看最常用的方案有: 。而光電型又可以分為，光電傳感器型和光電編碼器型。光電傳感器，常用在后輪左右驅(qū)動(dòng)齒輪表面上貼上黑白間隔的彩帶，然后將反射型光電傳感器安裝在齒輪附近，當(dāng)黑白彩帶交替通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生一系列電脈沖，然后通過(guò)定時(shí)器計(jì)算時(shí)間和在中斷函數(shù)里面記錄到的脈沖數(shù)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。也可以對(duì)齒輪打孔，采用直射型光電傳感器，通過(guò)間斷接受到的紅外光，產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，然后通過(guò)定時(shí)器計(jì)算時(shí)間和在中斷函數(shù)里面記錄到的脈沖數(shù)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是，體積小，重量輕，不增加后輪負(fù)載，反射型方案對(duì)原有器件不需要再加工且不會(huì)受到電機(jī)的電磁干擾。不足，是后輪安裝位置較小不易于安裝且精度會(huì)受到光電管體積的限制光電編碼器，通過(guò)直接購(gòu)買光電編碼器安裝在主驅(qū)動(dòng)齒輪上，通過(guò)齒輪傳過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息以及通過(guò)定時(shí)器計(jì)算時(shí)間和在中斷函數(shù)里面記錄到的脈沖數(shù)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是，獲取信息準(zhǔn)確，精度高，搭建容易。但同樣不足的是光電編碼器體積較大難以安裝到后輪的相應(yīng)位置上，且會(huì)增加后輪負(fù)載?；魻栃退俣染幋a盤，通過(guò)在左右后輪驅(qū)動(dòng)齒輪處打孔，將幾塊很小的稀土磁鋼鑲在里面，然后將霍爾元件安裝在附近，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，可以得到電脈沖信號(hào)。然后通過(guò)定時(shí)器計(jì)算時(shí)間和在中斷函數(shù)里面記錄到的脈沖數(shù)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是，得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、體積小、重量輕而且不會(huì)增加后輪的負(fù)載。但因?yàn)榫幋a盤要安裝在靠近后輪左右電機(jī)的地方因此很容易受到電磁干擾的影響而且對(duì)齒輪打孔很容易會(huì)損壞齒輪。綜合以上3種方案，首先考慮到穩(wěn)定性應(yīng)該排在首位，首先可以排除霍爾型速度編碼方案，而且后輪的齒輪是塑料質(zhì)地打孔很容易會(huì)將齒輪損壞。同理可以排除光電編碼器，還因?yàn)槭忻嫔虾茈y買到體積較小的光電編碼器。因此，最終選定了發(fā)射型光電傳感器方案，精度方面雖然不能盡如人意但由于比賽對(duì)速度參數(shù)的精度要求不是很高，因此該方案是最適合的一種方案。 速度編碼盤原理及速度計(jì)算反射型光電傳感器檢測(cè)速度的原理和檢測(cè)賽道黑白線時(shí)的原理是一樣的。當(dāng)黑色環(huán)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)不反射紅外線，當(dāng)白色環(huán)經(jīng)過(guò)時(shí)反射紅外線。當(dāng)圓盤隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電管接收到的反射光強(qiáng)弱交替變化，由此可以得到一系列高低電脈沖，然后通過(guò)設(shè)置IO口的中斷方式為下降沿或者上升沿觸發(fā)。同時(shí)捕捉光電管輸出的電脈沖的上升沿和下降沿。通過(guò)累計(jì)一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，或者記錄相鄰脈沖的間隔時(shí)間，可以得到和速度等價(jià)的參數(shù)值。： 光電型速度傳感器電路原理圖 自制12等分紙質(zhì)圓盤當(dāng)紙質(zhì)圓盤的黑色環(huán)部分經(jīng)過(guò)反射式紅外傳感器時(shí)因?yàn)楹谏环瓷浼t外線。而當(dāng)紙質(zhì)圓盤的白色環(huán)部分經(jīng)過(guò)反射式紅外傳感器時(shí)因?yàn)榘咨瓷浼t外線，NPNPHOTO相當(dāng)于通路，”接地”處于等勢(shì)體因此為低電平，經(jīng)過(guò)74C14反相后得到高電平。因此，總的來(lái)說(shuō)當(dāng)紙質(zhì)圓盤的黑色環(huán)經(jīng)過(guò)時(shí)MCU的IO口會(huì)得到低電平，白色環(huán)經(jīng)過(guò)時(shí)則得到高電平。在高低電平之間就會(huì)產(chǎn)生上升沿或者下降沿，通過(guò)該原理我
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