直立式光電智能車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-01 13:37 本頁面
【正文】 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)直立式光電智能車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄第1章 引言 1 智能車大賽概況 1 光電組智能車 1 光電組智能車的路徑檢測原理 1 光電平衡組智能車的優(yōu)缺點(diǎn) 1 系統(tǒng)整體構(gòu)想 2第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3 硬件電路整體架構(gòu)設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)主板電路設(shè)計(jì)[] 3 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 4 線性CCD原理介紹 5 蜂鳴器電路設(shè)計(jì) 6 電源地的劃分 6 硬件電路部分總結(jié) 7第3章 車模機(jī)械布局架構(gòu)與結(jié)構(gòu)調(diào)整 8 機(jī)械部分總體概述 8 線性CCD布局與安裝 8 電池、電路板等部分的固定 9 3D模型設(shè)計(jì) 10 角度傳感器安裝 11第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 開發(fā)工具 12 軟件控制的總體思路 12 主程序設(shè)計(jì) 13 主程序結(jié)構(gòu) 15 上位機(jī)設(shè)計(jì) 16 16 上位機(jī) 16 角度控制 17 互補(bǔ)濾波 17 角度閉環(huán)控制 19 速度控制 19 方向控制 20 20 圖像濾波 21 賽道元素識(shí)別 22 電機(jī)差動(dòng)控制 26 軟件部分總結(jié) 27第5章 智能車調(diào)試實(shí)驗(yàn) 28 硬件部分調(diào)試 28 電源模塊調(diào)試 28 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試 28 軟件部分調(diào)試 28 靜態(tài)參數(shù)調(diào)試 28 動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)試 29 小結(jié) 30第6章 總結(jié)與展望 31 總結(jié) 31 展望 31致 謝 32參考文獻(xiàn) 33第1章 引言第1章 引言 智能車大賽概況全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽起源于韓國，目前在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展到第十屆。隨著前九屆大賽的成功舉辦，也陸續(xù)培養(yǎng)出一大批工程開發(fā)人才。競賽秘書處每次大約在第一年的11月份左右提出比賽規(guī)則，分區(qū)賽比賽在第二年的7月份左右。在分區(qū)賽當(dāng)中成績優(yōu)秀的隊(duì)伍可以獲得8月份總決賽的參賽資格。參賽選手需要?dú)v經(jīng)超過半年的調(diào)試才能完成一輛優(yōu)秀的模型車，極大地鍛煉了選手的耐心。參加智能汽車競賽的參賽選手，須使用競賽秘書處指定的車模，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的微處理器作為核心處理器控制器，參賽選手需要在車模上增加傳感器來識(shí)別路徑，設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，編寫調(diào)試下位機(jī)與上位機(jī)軟件，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以運(yùn)行的汽車模型，完成時(shí)間最短者為優(yōu)勝。該競賽的涉及內(nèi)容廣泛，涵蓋了模式識(shí)別、控制、機(jī)械等學(xué)科的知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。 光電組智能車 光電組智能車的路徑檢測原理光電智能車是基于光的漫反射原理來檢測路徑的。光線照到白色賽道反射回來的光線強(qiáng)，而黑色賽道反射回來的光線弱（如圖11所示），通過反射回來的光線強(qiáng)弱來識(shí)別賽道情況。 (a) (b) 圖11 光線射到不同背景的反射情況(a)光線射到黑色背景情況；(b)光線射到白色背景情況 光電平衡組智能車的優(yōu)缺點(diǎn)光電平衡組智能車優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)成本較低、電路簡單、信號(hào)處理速度快、響應(yīng)快速、功耗較低等。光電平衡組智能車缺點(diǎn)：前瞻容易受到車模角度變化影響，在車模高速運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)明顯；車模兩輪直立行走，速度控制建立在車模直立基礎(chǔ)上，速度控制周期相對較長，響應(yīng)緩慢；車模中心較高，高速過彎時(shí)容易翻車；得到的圖像只是一條直線上的信息，空間分辨率低，數(shù)據(jù)量少；加速度計(jì)和陀螺儀噪聲對角度濾波算法容易產(chǎn)生影響。 系統(tǒng)整體構(gòu)想模型車以加速度計(jì)和陀螺儀作為角度融合傳感器，以6ms為周期控制車模直立，以兩個(gè)高精度編碼器作為測速傳感器，以60ms為周期控制車模速度，以線性CCD作為道路信息傳感器，以12ms為周期獲取、處理賽道信息并控制左右電機(jī)差速，在保持車模直立以及速度穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，以使平衡車始終行駛在賽道中央。單片機(jī)綜合考慮各種賽道信息，進(jìn)行小車實(shí)際位置的計(jì)算。在單片機(jī)軟件的編寫上，需要使平衡車在賽道上運(yùn)行時(shí)盡可能保持車模角度穩(wěn)定，速度穩(wěn)定。對角度控制采用了比例微分[[] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2007：30150. ]控制，對于速度控制采用了積分限幅比例積分控制算法，轉(zhuǎn)向控制采用比例微分控制算法，配合不完全微分[[] 鄭偉鴻，鄭順杰，[R].2013：3132.]以及防偏差跳變。32第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路整體架構(gòu)設(shè)計(jì)5VMKL26Z256VLL45V電源管理模塊加速度計(jì)、陀螺儀傳感器模塊雙線性CCD測速模塊液晶、藍(lán)牙直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖21 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)（如圖21所示）。 系統(tǒng)主板電路設(shè)計(jì)[[] 韓國棟，月飛，婁建安. Altium Designer Winter 09電路設(shè)計(jì)入門與提高[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：1100.]主板電路主要有電源接口、單片機(jī)最小系統(tǒng)板插座，線性CCD插口，AD端口，陀螺儀、加速度計(jì)、液晶藍(lán)牙插口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口，編碼器接口等（如圖22所示）。圖22 系統(tǒng)主板電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)穩(wěn)定的系統(tǒng)首先需要電源穩(wěn)定，系統(tǒng)中有三路電源，5V。，5V為測速編碼器、線性CCD供電，、陀螺儀、加速度計(jì)、液晶、藍(lán)牙、蜂鳴器供電。采用了一片TPS7350[[] 王明順，沈謀全. Power Design of Intelligent Vehicle Based on TPS7350[J].，(24)：15.]為兩個(gè)線性CCD供電，TPS7350為微功耗低壓差線性穩(wěn)壓芯片。，作為兩片電源芯片TPS7333的輸入電壓，避免TPS7333的前后壓差太大。同時(shí)LM2940還要為兩個(gè)編碼器供電。用一片TPS7333單獨(dú)為單片機(jī)最小系統(tǒng)供電，另一片TPS7333為陀螺儀、加速度計(jì)、液晶、藍(lán)牙、蜂鳴器供電。系統(tǒng)電源原理圖如圖23所示。（a） （b）(c) (d)圖23 系統(tǒng)電源原理圖(a)TPS7350 5V穩(wěn)壓；(b)LM2940 5V穩(wěn)壓；(c)TPS7333 ；(d)TPS7333 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)我們使用驅(qū)動(dòng)芯片BTN7971搭建H橋來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，硬件電路簡單，控制調(diào)試方便。光電平衡組智能車有兩個(gè)直流電機(jī)，所以我們采用4片BTN7971，每兩片控制一個(gè)電機(jī)（如圖25所示），用四路PWM控制
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