【正文】 d(鎳鎘)電池在70年代末80年代初出現(xiàn)以后，很多高級(jí)模型車玩家就意識(shí)到充電電池都有獨(dú)特的“個(gè)性”。藍(lán)牙調(diào)試電路用于智能車開發(fā)調(diào)試階段的工作中，特別是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，他一方面可以顯示智能車控制電路的各種信息以及工作參數(shù)，另一方面還可以對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修改。 專業(yè)碼盤實(shí)物圖此次比賽中限定使用單片機(jī)MC9S12DG128作為主控制模塊的唯一處理器，可以使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的HCS12單片機(jī)模塊，也可以采用MC9SDG128自制單片機(jī)控制電路板。我們認(rèn)為對(duì)于速度傳感器最重要的是簡(jiǎn)單穩(wěn)定，而大多數(shù)隊(duì)伍自行設(shè)計(jì)碼盤，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且線度往往不夠。大多數(shù)隊(duì)伍對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用大賽組委會(huì)推薦的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886?；竟δ芪覀兡軌?qū)崿F(xiàn)，但還有一些問(wèn)題難以克服：1）電機(jī)的傳動(dòng)頻率難以精確控制，造成線光源抖動(dòng)厲害，如果采用閉環(huán)控制可以解決這個(gè)問(wèn)題，但工作量巨大。我們使用SE950來(lái)檢測(cè)引導(dǎo)線，但發(fā)現(xiàn)：SE950掃描精度太高（用于條形碼掃描），即使在全黑的引導(dǎo)線上，如果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)黑與白的對(duì)比，也會(huì)自動(dòng)從黑到白發(fā)生跳變，這點(diǎn)運(yùn)用于條碼掃描不會(huì)出問(wèn)題，因?yàn)闂l碼很細(xì)，能提高精度。為此，我們專門購(gòu)買了條形碼掃描儀SE950，他具有小巧，精度高，掃描線數(shù)高，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。商業(yè)企業(yè)在選擇激光掃描器時(shí)，最重要的是注意掃描速度和分辨率，而景深并不是關(guān)鍵因素。我們主要研究了激光型條形碼掃描器。配合一定的算法（具體參考模型車軟件算法一章），只要日光不足以使傳感器飽和且光照均勻，即使日光直接照射，我們的傳感器也不會(huì)受環(huán)境的影響，很好地解決了模擬接收抗干擾能力下降的問(wèn)題。非調(diào)制的紅外光非調(diào)制的紅外光的特點(diǎn)顯而易見，可以采用模擬接收，增加了對(duì)黑色引導(dǎo)線的識(shí)別精度。普通接收管普通接收管由自己設(shè)計(jì)外圍電路，不會(huì)存在延遲問(wèn)題，而且接收到的紅外強(qiáng)度與輸出電壓成正比，根據(jù)不同的電壓值就可得到接收管相對(duì)于黑線的位置，從每個(gè)接收管相對(duì)黑線的位置我們就可以精確地判斷出智能車相對(duì)黑線的位置，但同時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是，模擬信號(hào)的采集，會(huì)因?yàn)榄h(huán)境變化帶來(lái)極大的誤差，自適應(yīng)性太差。紅外一體化接收管他是一種集接收，放大，整形于一體的集成電路，不需要任何外圍元件，就能完成從紅外接收到輸出與TTL信號(hào)相兼容的所有工作。實(shí)際中我們還發(fā)現(xiàn)：只是單純地提高前瞻距離是沒(méi)有用的，本隊(duì)做了如下實(shí)驗(yàn)：當(dāng)前瞻距離在20cm時(shí)，我們?cè)谝慌艿郎吓芡耆?，接著馬上將傳感器抬高抬遠(yuǎn)，前瞻達(dá)到30cm。好的尋線方式是保證模型車穩(wěn)定快速運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是本次比賽中我們花費(fèi)時(shí)間和精力最多的一部分。智能競(jìng)賽車模的規(guī)定： 、輪距、輪徑及輪胎； ； ； ，但可以更改舵機(jī)輸出軸上連接件； ，車模主要前進(jìn)動(dòng)力來(lái)源于車模本身直流電機(jī)及電池； 、傳感器等，允許在底盤上打孔或安裝輔助支架等。對(duì)于以往參賽隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，我們是可以直接借鑒的。 尋線控制方式第三屆freescale智能車大賽分為攝像頭組與光電組，本隊(duì)是光電組，對(duì)于光電組，不能使用透鏡成像原理的傳感器，于是就限制了我們不能使用攝像頭。以下就對(duì)我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)制作過(guò)程中所閱讀的文獻(xiàn)進(jìn)行一下分類總結(jié)。第六章介紹我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中軟硬件開發(fā)調(diào)試工具。首先，基于比賽規(guī)則和控制器性能，在第二章里引出了我們的總體方案，確定了系統(tǒng)的硬件框架。智能車通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)自身運(yùn)動(dòng)速度及方向等進(jìn)行調(diào)整來(lái)“沿”賽道運(yùn)動(dòng)。在本次比賽中，本組使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的競(jìng)賽車模，采用飛思卡爾16 位微控制器MC9S12DG128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)，包括傳感器信號(hào)采集處理、控制算法及執(zhí)行、動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制等，最終實(shí)現(xiàn)一套能夠自主識(shí)別路線，并且可以實(shí)時(shí)輸出車體狀態(tài)的智能車控制硬件系統(tǒng)。第三屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽技 術(shù) 報(bào) 告 學(xué) 校： 電子科技大學(xué) 隊(duì)伍名稱： 成電掠影隊(duì)參賽隊(duì)員： 趙裔 陳國(guó)貞 周立文帶隊(duì)教師： 石玉關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解第三屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車邀請(qǐng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中。本文主要對(duì)車模整體設(shè)計(jì)思路，硬件與軟件設(shè)計(jì)及車模的裝配調(diào)試過(guò)程作簡(jiǎn)要的說(shuō)明。運(yùn)動(dòng)策略的制定主要是依靠對(duì)傳感器得到的道路及行駛信息進(jìn)行采集、分析、決策、執(zhí)行四個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行的。然后，第三章是我們對(duì)機(jī)械性能的一些探索和改進(jìn)，同時(shí)對(duì)電路板與傳感器的安裝進(jìn)行了描述。最后，第七章對(duì)系統(tǒng)綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出了創(chuàng)新點(diǎn)與不足之處。 S12單片機(jī)開發(fā)資料對(duì)于freescale公司的單片機(jī)MC9SDG128我們以往從沒(méi)有接觸過(guò)，因此對(duì)于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部資源都不是十分了解，通過(guò)仔細(xì)閱讀freescale官方提供的S12單片機(jī)的開發(fā)資料，對(duì)這款運(yùn)用于現(xiàn)代汽車電子的處理芯片有了全面的認(rèn)識(shí)。要想在比賽中取得較好的成績(jī)，好的尋線方式是極為重要的，為此我們參閱了國(guó)內(nèi)外自主機(jī)器人的尋線方式，同時(shí)閱讀了許多傳感器相關(guān)的書籍。我們認(rèn)真閱讀了第一屆和第二屆的各參賽隊(duì)論文，尤其是《學(xué)做智能車》這本書，受益匪淺。電路器件及控制驅(qū)動(dòng)電路限制： ，也可以采用MC9SDG128自制控制電路板,除了DG128MCU之外不得使用輔助處理器以及其它可編程器件； 3個(gè)； （紅外傳感器的每對(duì)發(fā)射與接受單元計(jì)為1個(gè)傳感器，CCD傳感器記為1個(gè)傳感器）； ；； ；電容最高充電電壓不得超過(guò)25伏。由于本隊(duì)參加的是光電組，限制了使用透鏡成像原理的攝像頭，攝像頭最大的優(yōu)勢(shì)在于前瞻距離遠(yuǎn)而廣，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明，當(dāng)前瞻距離增大時(shí)對(duì)于模型車的控制具有決定性地作用，直道時(shí)可以將車速提得更高，彎道時(shí)由于“看到”的是前方，能夠很好地解決本次比賽使用的舵機(jī)具有很大遲滯的缺陷，甚至由于彎道時(shí)的前瞻距離超過(guò)了舵機(jī)的遲滯缺陷，會(huì)使模型車在彎道時(shí)出現(xiàn)“抄內(nèi)道”的效果，減少了實(shí)際行駛距離。用相同的算法，在相同的跑道上再跑一遍，結(jié)果出人意料，時(shí)間驚人的相同，沒(méi)有一點(diǎn)改善。紅外一體化接收頭抗干擾能力強(qiáng)，很適合本次比賽不斷變化的環(huán)境。但為每個(gè)接收管都加上了一塊窄帶濾光片，只能讓特定波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)，實(shí)踐證明：無(wú)論在白天還是晚上，對(duì)各場(chǎng)地的自適應(yīng)能力有所增加。但抗干擾能力無(wú)法和調(diào)制的紅外媲美。條形碼掃描儀方案條形碼掃描器的基本工作原理為：由光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)照射到條碼符號(hào)上面，被反射回來(lái)的光經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)照射在光電轉(zhuǎn)換器上，使之產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)電路放大后產(chǎn)生一模擬電壓，它與照射到條碼符號(hào)上被反射回來(lái)的光成正比，再經(jīng)過(guò)濾波、整形，形成與模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，經(jīng)譯碼器解釋為計(jì)算機(jī)可以直接接受的數(shù)字信號(hào)。激光手持式掃描器是利用激光二極管作為光源的單線式掃描器，它主要有轉(zhuǎn)鏡式和顫鏡式兩種。因?yàn)楫?dāng)景深加大時(shí)，分辨率會(huì)大大降低。他的組成原理如下：有單個(gè)激光發(fā)射器發(fā)射點(diǎn)激光源，經(jīng)過(guò)顫鏡將點(diǎn)光源射向不同的點(diǎn)區(qū)域，由于顫鏡工作頻率比較高，從視覺上看就使點(diǎn)光源變成了線光源，顫鏡的抖動(dòng)頻率是有電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)控制的，本激光掃描儀的掃描頻率為55HZ，在接收端，只使用一個(gè)光電傳感器，由于激光發(fā)射的照射點(diǎn)可以由顫鏡精確控制，所以利用這一特性就知道此時(shí)激光具體掃描到哪一點(diǎn)了。而采用在本次比賽中，就帶來(lái)了很大的誤識(shí)別，所以必須濾除這個(gè)“干擾信號(hào)”，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間軟件濾波算法的探索，效果都不太理想，特別是我們的車速達(dá)到接近3m/s,要求處理的任務(wù)量大大增加，浪費(fèi)在濾波算法上太多時(shí)間使我們模型車的穩(wěn)定度大大下降。（本隊(duì)參加機(jī)器人大賽時(shí)開發(fā)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)就花了整整一禮拜，而且體積比較大，在此模塊中使用閉環(huán)控制很不現(xiàn)實(shí)。其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、體積小、外圍電路簡(jiǎn)單、方便易用，很符合本系統(tǒng)的需要。本隊(duì)就地取材，拆了一個(gè)壞了的機(jī)械鼠標(biāo)，得到了三個(gè)碼盤和光電對(duì)射管，在初期線度也達(dá)到了速度檢測(cè)的要求，省時(shí)省力。使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的S12開發(fā)板最大的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟，縮短了整個(gè)模型車的硬件開發(fā)時(shí)間。我們決定采用無(wú)線通信模塊，將智能車運(yùn)行過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)通過(guò)無(wú)線串口通信模塊傳輸?shù)诫娔X中進(jìn)行分析，實(shí)際證明，使用藍(lán)牙串口調(diào)試模塊大大提高了我們的效率，許多程序中的小BUG，以及模型車行駛過(guò)程中遇到的邊界情況、突發(fā)情況都因?yàn)槭褂昧藷o(wú)線藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)迎刃而解。為了獲得最高的性能和最長(zhǎng)的壽命，充電電池必須以特定的方法來(lái)使用。放電也是必要的。電池電壓過(guò)低可能造成單片機(jī)因供電不足，程序跑飛，智能車失去控制亂跑撞壞的可能。為了達(dá)到最大的性能，應(yīng)該在比賽之前，重新充電一到幾分鐘，讓電池達(dá)到最高的電壓，這俗稱“補(bǔ)電”。在日常練習(xí)中，沒(méi)必要把電池推到性能極限，所以如果電池不是充好了超過(guò)一個(gè)小時(shí)，一般不需要補(bǔ)電。4采用大功率紅外發(fā)射，模擬接收方式尋線。： 模型車總效果圖第三章 智能車機(jī)械設(shè)計(jì)方案 第三章 智能車機(jī)械設(shè)計(jì)方案整車的設(shè)計(jì)我們本著輕巧的原則，同時(shí)最大可能地降低重心且重心靠后。我們還加了塑料墊片將模型車的重心盡可能下移，保證模型車的抓地力。也是區(qū)分好的機(jī)械結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檎嚨闹亓κ潜３趾愣ǖ?，所以從?nèi)側(cè)輪移走的壓力必然添加到外側(cè)輪子上。這就是為什么可以通過(guò)施加一點(diǎn)剎車以減少車輛的轉(zhuǎn)向不足。重力轉(zhuǎn)移也和車子的靜止質(zhì)量成正比，這也是賽車要盡可能的輕，同樣的這也可以減少重力轉(zhuǎn)移。因?yàn)樗怪亓D(zhuǎn)移盡可能的小，并使轉(zhuǎn)向抓地力盡可能的大。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，力臂的增大的確大大提高了模型車的轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向。主銷內(nèi)傾是指主銷裝在前軸向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動(dòng)回正，角度越大前輪自動(dòng)回正的作用就越強(qiáng)烈，但轉(zhuǎn)向時(shí)也同時(shí)會(huì)費(fèi)力，增大輪胎磨損。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都能使模型車自動(dòng)回正，不同點(diǎn)在于主銷內(nèi)傾回正與車速有關(guān)，而主銷后傾與車速無(wú)關(guān)。車輪前端向外傾(外八字)，稱為Toeout。越大角度Toein或Toeout，越會(huì)減低車輛在直線行走的速度。差速齒的調(diào)整對(duì)于模型車過(guò)彎速度很重要，為了更好地提高過(guò)彎性能，我們將差速齒調(diào)節(jié)的要比一般隊(duì)伍更松一些，雖然提高了轉(zhuǎn)彎性能，但卻對(duì)電機(jī)齒輪也帶來(lái)了一定磨損，而且有一定程度的“甩尾”出現(xiàn)。：：平時(shí)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)跑道灰塵較多時(shí)，模型車很容易打滑，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)小裝置來(lái)改善輪胎的摩擦系數(shù)，我們將四個(gè)輪胎的前方都安裝一塊海綿，當(dāng)模型車運(yùn)行的同時(shí)也在不停地擦著輪胎，模型車打滑現(xiàn)象明顯大大改善了。前文重心轉(zhuǎn)移理論一章里，我們已經(jīng)提到過(guò)加寬后輪車寬的好處。面對(duì)場(chǎng)地抓地力不佳可使用胎水，我們使用的是橡膠水，抓地力過(guò)高路面前后輪胎水的涂抹就得依后輪全部涂抹、前輪1/2～3/4涂抹為準(zhǔn)則，以免造成轉(zhuǎn)向過(guò)度。所以在每次調(diào)試之前必須仔細(xì)檢查一下傳感器的采樣值，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使其到達(dá)線性度最好的狀態(tài)。前輪側(cè)滑緩解了車輛轉(zhuǎn)向角速度，路面較寬時(shí)危險(xiǎn)性不大，其離心力因前輪側(cè)滑而減小，所以一般能自行制止、緩解乃至消失。合理地調(diào)節(jié)這些參數(shù)，是前輪側(cè)滑達(dá)到最小。因?yàn)檩喬ナ擒囕v和地面的唯一聯(lián)系，而這個(gè)聯(lián)系僅僅取決于輪胎和地面的接觸面的摩擦力。它隨著溫度、壓力，還有更重要的是，隨著滑動(dòng)量而改變。當(dāng)輪胎在壓力下變形，且輪胎接地塊偏離其縱軸運(yùn)動(dòng)，這種情況就會(huì)發(fā)生。應(yīng)該注意的是：當(dāng)輪胎產(chǎn)生少量的橫向滑動(dòng)(通常在5%到15%之間)時(shí)，摩擦系數(shù)達(dá)到了最大值。 當(dāng)橡膠的復(fù)合成分(pound)非常軟，而且穩(wěn)定較高、路面也比較平滑的時(shí)候 ，粘合力就會(huì)占支配地位。輔助電路包括藍(lán)牙串口模塊、傳感器模塊、電池放電模塊等。主要包括如下不同的電壓： （1）5V電壓。使用低電壓供電，提高了紅外檢測(cè)電路電源的利用效率。其中舵機(jī)推薦是用6V供電，但為了提高舵機(jī)帶負(fù)載時(shí)的響應(yīng)速度。我們沒(méi)有使用主辦方推薦的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886，而是使用MOS管自行設(shè)計(jì)了H橋驅(qū)動(dòng)來(lái)控制模型車的前進(jìn)與剎車，使用MOS管IRF3205最大的優(yōu)勢(shì)就是導(dǎo)通電阻特別小，可以瞬時(shí)提高很大的電流使電機(jī)加速。主控模塊我們力求簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔。同時(shí)還在主控模塊上設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵和八個(gè)LED指示燈，用于比賽時(shí)程序的切換和顯示。同時(shí)我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)放電裝置，由于使用大功率紅外發(fā)射，小車啟動(dòng)瞬間的電流特別大，達(dá)到8A左后，所以要有放電裝置保證電池不會(huì)產(chǎn)生記憶效應(yīng)。我們?cè)趥鞲衅鞯那罢胺矫孀隽舜罅康毓ぷ?，從海選傳感器到改裝傳感器，從深入了解傳感器的特性到自行設(shè)計(jì)電路，最大化地增加了紅外發(fā)射管的發(fā)射功率，同時(shí)對(duì)接收管加窄帶濾光片，還為每個(gè)傳感器套上了“黑色小帽”使其方向性一致。于是我們不得不回歸到最原始的電路了。所以一般的做法是加入預(yù)標(biāo)定，即針對(duì)不同的環(huán)境，在比賽之前，采集此次場(chǎng)地的完全接收黑線的最低電壓與完全接受白線的最高電壓值，進(jìn)行歸一化參數(shù)。得到的黑線相對(duì)于傳感器位置在的位置，也就是中間靠左的位置，而實(shí)際情況很容易看出傳感器位置應(yīng)該正對(duì)著2號(hào)傳感器，這樣造成的誤差是不能接受的。我們得到的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是相對(duì)值（此時(shí)刻相對(duì)于上一時(shí)刻，此地點(diǎn)相對(duì)于上一地點(diǎn)，此管相對(duì)于另一管），大大提高了智能車對(duì)場(chǎng)地的自適應(yīng)能力，實(shí)際效果令人滿意。由于我們的傳感器安裝位置較高，所以很容易就探出跑道，在正式比賽時(shí)，因?yàn)榕艿赖耐饷嬉彩前咨?，不?huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而平時(shí)調(diào)試時(shí)，跑道的外面就是普通的地磚，很容易因?yàn)樘匠雠艿涝斐慑e(cuò)誤，所以我們?cè)O(shè)定傳感器的值必須線性變化，當(dāng)最左邊的傳感器最后檢測(cè)到黑線時(shí)，舵機(jī)擺到左極限，直到最左邊的傳感器再次檢測(cè)到黑線，最右邊同理。同時(shí)配合超大功率紅外發(fā)射管，接收管加窄帶濾光片及“黑色小帽”，大大提高了智能車的穩(wěn)定性，得到了滿意的效果。問(wèn)世至今70多年來(lái)，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。PID各個(gè)參數(shù)作用基本介紹：增大微分項(xiàng)系數(shù)可以加快動(dòng)態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)，但容易引起震蕩。對(duì)于經(jīng)典的PID算法，經(jīng)過(guò)將近一個(gè)星期的摸索，我們?nèi)匀徊荒芎芎玫乜刂坪盟俣?，后?lái)又改為增量式的PID算法，可效果還是平平，增量式的PID算法公式如下：最后我們決定在經(jīng)典的PI