智能汽車系統(tǒng)設(shè)計方案-wenkub
2023-05-12 12:09:31 本頁面
【正文】 重心高度。編碼器作為車模速度測量的傳感器，其安裝的合理程度將影響最終的速度反饋。 攝像頭的安裝加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產(chǎn)生的加速度。35第二章智能汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)智能汽車各系統(tǒng)的控制都是在機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此在設(shè)計整個軟件架構(gòu)和算法之前一定要對整個模型車的機(jī)械結(jié)構(gòu)有一個全面清晰的認(rèn)識，我們車的機(jī)械部分設(shè)計如下：今年我們攝像頭平衡組，我們選用E車模，配套的電機(jī)型號為電機(jī)RS380，智能車的控制采用的是雙后輪驅(qū)動方案。根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計，智能車分為以下幾個模塊：KL26主控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、速度檢測模塊和輔助調(diào)試模塊。最后車模平衡控制、車模速度控制、車模方向控制疊加成對車模電機(jī)的控制，通過主控輸出PWM波控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以保持車身的平衡和鎖定賽道。使用野火鷹眼OV7725進(jìn)行賽道信息的采集并實現(xiàn)方向控制。其運動控制主要可以分為三個主要任務(wù)：車模平衡控制、車模速度控制、車模方向控制。本屆智能汽車大賽攝像頭組是直立平衡組，這對我隊是一個全新的挑戰(zhàn)。一開始小車系統(tǒng)中我們使用KL25 MCU，但之后發(fā)現(xiàn)，KL25的內(nèi)存較小，不能存儲足夠的賽道信息，于是改用了KL26 ARM174。根據(jù)最基本保持車身平衡的基本原理，我們需要知道車身當(dāng)前的角度和角速度。遵照本屆競賽規(guī)則規(guī)定，智能汽車系統(tǒng)采用飛思卡爾的32位微控制器KL26單片機(jī)作為核心控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制。同四輪車不同，平衡組僅能使用左右輪的差速來轉(zhuǎn)彎。各模塊的作用如下：KL26主控模塊是整個智能車系統(tǒng)的“大腦”，用來處理和存儲攝像頭采集的道路信息，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動兩個直流電機(jī)完成對智能汽車的方向控制；同時使用陀螺儀和加速度計獲取車模行進(jìn)過程中的實時角速度和加速度信息，用以保持車模穩(wěn)定行進(jìn)；電源模塊，為整個系統(tǒng)提供合適而又穩(wěn)定的電源；電機(jī)驅(qū)動模塊，將主控芯片輸出的PWM控制信號放大以實現(xiàn)對直流電機(jī)的控制；速度檢測模塊，檢測反饋智能汽車輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制；輔助調(diào)試模塊，主要用于智能汽車系統(tǒng)的功能調(diào)試、賽車狀態(tài)監(jiān)控。： 智能車外形圖根據(jù)倒立擺原理分析可知，車模重心越低，越有利于保持平衡。為了減少車模運動引起的干擾，理論上加速度傳感器安裝的高度越低越好；陀螺儀可以測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度，為了獲得正確的小車前后角速度，應(yīng)該保證陀螺儀的安裝是水平的，否則容易導(dǎo)致小車過彎加減速。在保持對稱的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)編碼器的位置，保證編碼器齒輪與電機(jī)齒輪的合理嚙合程度，防止打齒或增大阻力等弊端。在以上機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上我們做了稍微的改變，從而保證小車可靠穩(wěn)定。我們非常重視對智能汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，經(jīng)過大量的理論研究和實踐，我們盡量壓低了小車的重心，從而提高了小車整體的穩(wěn)定性和可靠性。其中，主板集成了KL26 ARM174。另外，LM2940的穩(wěn)壓的線性度非常好，而且具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡單的特點，所以我們選擇使用它作為5V穩(wěn)壓芯片。由于P溝道highside開關(guān)的電荷泵需要被淘汰從而減少EMI。：我們使用MIC5219低壓差穩(wěn)壓芯片單獨為電機(jī)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。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(qiáng)電路的抗干擾能力。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(yīng)用按鍵、撥碼開關(guān)以及OLED來實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整將大大節(jié)省調(diào)試時間。我們的硬件電路的設(shè)計思想是在保證正確檢測信號的前提下，盡可能精簡電路。 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。控制輪子轉(zhuǎn)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(yīng)該盡量保持平滑，以減少對于平衡控制的干擾。速度控制周期為100毫秒。 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(jìn)行采集，經(jīng)過相關(guān)處理之后，計算得方向偏差。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(jìn)行簡單的比例控制就可以完成車模方向控制。賽道邊線提取我們采用邊緣跟蹤+智能延伸掃描算法。這樣能補(bǔ)出相對準(zhǔn)確的中線。路障的出現(xiàn)給直立小車帶來了非常大的影響，如若盲目的沖撞上去，必然會導(dǎo)致翻車兒無法繼續(xù)進(jìn)行本圈的比賽，因此，我們必須識別并作出特殊化處理，在邊線提取時，如果兩條邊線中有一條邊線保持平穩(wěn)變化，另一條邊線突然出現(xiàn)跳變，并且跳變的邊線跳變前的前、左、右三向均為黑色（），我們便認(rèn)為小車前方出現(xiàn)了路障，對轉(zhuǎn)向進(jìn)行短暫的周期處理，使小車向障礙的另一側(cè)偏移，從而達(dá)到平穩(wěn)過路障的效果。在控制策略上主要介紹了直立車的平衡控制，速度控制，方向控制和攝像頭的信息處理上。用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種ARM 內(nèi)核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運行環(huán)境。雖然直接將攝像頭通過視頻接口連接到電視可觀察到攝像頭所采的圖像，但對于圖像分析不夠方便，且無法實時精確地反饋出一些特定信息。VisualScope是一種串口上位機(jī)虛擬示波器，它可以較好地顯示實時顯示波形。在調(diào)試參數(shù)的時候，我們用無線藍(lán)牙串口模塊來傳輸數(shù)據(jù)，利用藍(lán)牙模塊我們收發(fā)數(shù)據(jù)方便了很多。藍(lán)牙主從模塊如圖所示。智能車是一個整體，所以無法單獨調(diào)試單一的參數(shù)。我們開發(fā)了用于監(jiān)測智能汽車實時狀態(tài)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，大大提高了調(diào)試效率
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