【正文】 ordinateRight。 //速度控制D變量/*************************左右邊線掃描*********************************/ for(i=CoordinateLeft。 unsigned char static blockdelayflag。 //歷史數(shù)組 unsigned char static HistoryDataL[10]={63,63,63,63,63,63,63,63,63,63}。 //左邊線標(biāo)志位 unsigned char static lostleft=0。舵機(jī)控制算法 變量：灰度數(shù)組0，灰度平均值******************/void BlackCapture(unsigned char *CompareA,unsigned char CompareB){ unsigned char i。 //開(kāi)啟起跑線掃描 //Stop_Disable()。 //目標(biāo)速度 highspeed=140。 //舵機(jī)B D=70。 //電機(jī)P Dat_I=。 //開(kāi)啟起跑線掃描 //Stop_Disable()。 //目標(biāo)速度 highspeed=140。 //舵機(jī)B D=70。 //電機(jī)P Dat_I=。 //開(kāi)啟起跑線掃描 //Stop_Disable()。 //目標(biāo)速度 highspeed=130。 //舵機(jī)B D=70。 //電機(jī)P Dat_I=。 //舵機(jī)PD變量float static Pc=,Pj=35。 //電機(jī)最大速度 unsigned char static lowspeed=50。 //提速標(biāo)志unsigned char static delayflag=0。extern volatile unsigned int Motor2Speed。unsigned int TimerCnt10ms = 0。 //舵機(jī)角度signed long int Pwm。 //右黑線位置unsigned int rightPoint。 //舵機(jī)中值 signed int midPoint。 //積分值 unsigned int Voltage。 //設(shè)置速度 signed int Error。通過(guò)該系統(tǒng)，我們可以綜合智能汽車實(shí)際行駛中的信息，分析得出最優(yōu)控制策略，進(jìn)而得到最優(yōu)控制策略。上位機(jī)軟件隨著智能汽車調(diào)試進(jìn)度做了很多版本。通過(guò)該系統(tǒng)，我們可以實(shí)時(shí)了解到智能汽車的實(shí)際行駛路線，并且能夠監(jiān)測(cè)智能汽車在行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)角、傳感器狀態(tài)及速度等相關(guān)信息。通過(guò)組委會(huì)提供的CodeWarrior 編譯軟件的在線調(diào)試功能，可以得到大量的信息，為智能汽車的調(diào)試提供了很大的幫助。對(duì)小S彎道可按直道處理， 便可提速節(jié)省時(shí)間，路線如圖44所示。如果在比例控制基礎(chǔ)上系統(tǒng)靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則加入積分環(huán)節(jié)，整定時(shí)首先置積分時(shí)間為很大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮?。ǎ?，然后減小積分時(shí)間，使得在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)的情況下，靜差得到消除，在此過(guò)程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過(guò)程，得到整定參數(shù)。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分調(diào)節(jié)（D）作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。試湊不是盲目的，而是在控制理論指導(dǎo)下進(jìn)行的。在小車跑動(dòng)中，因?yàn)椴恍枰紤]小車之前走過(guò)的路線，所以，我們舍棄了I控制，將小車舵機(jī)的PID控制簡(jiǎn)化成PD控制。圖42 PID控制工作原理PID控制策略其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高，并且易于實(shí)現(xiàn)。正如前面說(shuō)到的那樣，不聯(lián)系路徑和轉(zhuǎn)向角度，只是單純地分析過(guò)彎速度，會(huì)造成思路的局限甚至錯(cuò)誤。在考慮轉(zhuǎn)向角度設(shè)置時(shí)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：對(duì)于檢測(cè)賽道偏移量的傳感器而言，在增量較小時(shí)的轉(zhuǎn)向靈敏度；檢測(cè)到較大彎道時(shí)的轉(zhuǎn)向靈敏度；對(duì)于類似 S 彎的變向連續(xù)彎道的處理。切內(nèi)道，路經(jīng)最短，但是如果地面附著系數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致車輛出現(xiàn)側(cè)滑的不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，原因是切內(nèi)道時(shí)，曲率半徑過(guò)小，同時(shí)速度又很快，所以模型車需要的向心力會(huì)很大，而賽道本身是平面結(jié)構(gòu)，向心力將全部由來(lái)自地面的摩擦力提供，因此賽道表面的附著系數(shù)將對(duì)賽車的運(yùn)行狀態(tài)有很大影響。在得到正確灰度圖像后，二值化程度的關(guān)鍵就在閥值的設(shè)定。主要流程圖：系統(tǒng)供電圖像采集圖像處理判斷有效性 否 舵機(jī)打角計(jì)算 是 電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算速度反饋結(jié)束圖41 系統(tǒng)軟件流程圖在進(jìn)行圖像的二值化之后，即開(kāi)始對(duì)賽道的特征即黑線進(jìn)行提取，由于引導(dǎo)黑線在賽道兩邊，也就是說(shuō)邊線將更難以檢測(cè)，而且在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候更容易出現(xiàn)丟線的情況。在電路設(shè)計(jì)中將所有器件集中于一塊電路板上，避免了使用導(dǎo)線或杜邦線進(jìn)行各個(gè)部分之間的電氣連接，從而減小了因?qū)Ь€接觸不良或杜邦線接口松動(dòng)造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定。編碼器供電電路如圖35所示：圖35 編碼器供電電路，我們選用LM2576adj，它是輸出電壓可調(diào)型，其技術(shù)參數(shù)為：，,輸出電流3A，具有熱關(guān)閉和限流保護(hù)功能。如圖34。但在后來(lái)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)該電路在輸入PWM高于5KHz時(shí)需要50%以上的占空比才能使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但在低頻時(shí)PWM波將會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的震動(dòng)，故后來(lái)放棄了這種方案。電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓成正比，轉(zhuǎn)矩與電流成正比。ccd由鏡頭、圖像傳感芯片和外圍電路構(gòu)成。CCD供電線路圖如圖31所示： 圖31 CCD供電電路圖ccd是智能小車系統(tǒng)信息提取關(guān)鍵，其信息輸出信息的好壞將首先決定小車的性能。當(dāng)我們?cè)侔延秒娙莨╇姷腃CD小車放在跑道上運(yùn)行時(shí)，就沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)沖出跑道的情況。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓、電流各不相同，因此需要多個(gè)穩(wěn)壓電路將電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊的所需電壓。線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比較電壓放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管的輸入，用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨輸入的變化而變化，從而調(diào)整其輸出電壓，但開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)改變調(diào)整管的開(kāi)和關(guān)的時(shí)間即占空比來(lái)改變輸出電壓的。電源模塊的設(shè)計(jì)包括：傳感器供電模塊、單片機(jī)供電模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電模塊以及其它的外圍輔助模塊等。第三章硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)我們遵循了可靠，緊湊，可擴(kuò)展的原則。良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車提高速度的關(guān)鍵。此外更小體積的電路板可以恰好鑲嵌在底盤(pán)其他構(gòu)件的空隙之中。因此地盤(pán)距離地面高度不能低于5mm。本隊(duì)重心高度的調(diào)節(jié)主要從以下方面著手：一、車底盤(pán)高度調(diào)整：合理的底盤(pán)剛度和底盤(pán)高度調(diào)節(jié)會(huì)提高智能車的加速性能。編碼器的安裝方式如圖212所示：圖212 編碼器的安裝方式所以測(cè)速模塊我們采用的是歐姆龍單相500線增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)定我們可以知道車模在某個(gè)時(shí)刻的速度，從而通過(guò)軟件調(diào)整差值，使車模的速度達(dá)到我們想要的效果，讓車模電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)處于我們所要求的理想狀態(tài)，從而形成一個(gè)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，我們使用了測(cè)速編碼器去測(cè)量脈沖數(shù)，就可以得到當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了確保使得車子在行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)彎的時(shí)候不發(fā)生側(cè)滑，在近代造車工藝中才產(chǎn)生了阿克曼角，阿克曼角如圖28示。不但如此，當(dāng)舵機(jī)臂加長(zhǎng)時(shí)，由于臂端運(yùn)行軌跡為圓弧，在水平方向上分解時(shí)越遠(yuǎn)離中心線的部分需要更大的打角才能產(chǎn)生相同的水平位移，故會(huì)造成舵機(jī)打角與轉(zhuǎn)角間的非線性，增加系統(tǒng)的控制難度。由此可知，當(dāng)力矩一定時(shí)，力臂越短，輸出力越小，相反的，力臂越長(zhǎng)，輸出力越大，而舵機(jī)恰好是一個(gè)恒力矩輸出的裝置。后來(lái)在設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候確定了狹長(zhǎng)的PCB形狀，在不改變攝像頭位置的情況下將主電路板填充于電池與線性CCD架之間，這種做法大大降低了小車的重心，在經(jīng)三線法測(cè)量后小車重心降低了將近2cm，并在后來(lái)的測(cè)試中顯示了更好的過(guò)彎性能，在各種道型上都較以前的穩(wěn)定性有所提高。下方與車體連接孔的高度調(diào)節(jié)可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整主銷后傾角。 主銷后傾角越大，方向穩(wěn)定性越好，自動(dòng)回正作用也越強(qiáng)，但轉(zhuǎn)向越沉重。由于主銷后傾，主銷（即轉(zhuǎn)向軸線）與地面的交點(diǎn)位于車輪接地點(diǎn)的前面。智能車采用穩(wěn)定速度策略或者采用在直道高速?gòu)澋缆俚牟呗詴r(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)不同的前束。主銷內(nèi)傾角調(diào)節(jié)示意圖如圖22所示：圖22 主銷內(nèi)傾角調(diào)節(jié)示意圖(2) 后輪前束：由于本屆比賽B車模倒向運(yùn)行，導(dǎo)向輪位于車體后方，故機(jī)械特性有所變化，但總體上仍然符合該原理。(1) 主銷內(nèi)傾：主銷內(nèi)傾的調(diào)整應(yīng)該保持在一個(gè)合適的范圍，“一般來(lái)說(shuō)0~8度范圍內(nèi)皆可”。并且重心不在車體的幾何中心會(huì)造成車體在較高速度下行進(jìn)的不穩(wěn)定，所以，在設(shè)計(jì)板子時(shí)盡量使板體左右重量對(duì)稱。同時(shí)固定線性CCD傳感器的材料我們采用了質(zhì)量較小，強(qiáng)度較大的碳纖維管。在制作小車的過(guò)程中，我們對(duì)小車的整體構(gòu)架進(jìn)行了深入的研究，分別在機(jī)械機(jī)構(gòu)、硬件和軟件上都進(jìn)行過(guò)更進(jìn)，硬件上主要是考慮并實(shí)踐各種傳感器的布局，改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路，軟件上先后進(jìn)行了幾次大改，最終研究出一套實(shí)際可行的辦法。面向大學(xué)生的智能汽車競(jìng)賽最早始于韓國(guó)，在國(guó)內(nèi)，全國(guó)大學(xué)生“恩智浦杯”智能汽車競(jìng)賽已經(jīng)舉辦了十一屆，得到了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及各高校師生的高度評(píng)價(jià)。關(guān)鍵字：飛思卡爾智能車 K60 線性CCD PID控制算法目 錄第一章引 言 5 5 5………………………………………………………………………………..6第二章 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化………………………………………………………. 6 7 7…………………………………………………………………………..8………………………………………………………………………………..9……………………………………………………………..10……………………………………………………………………………11……………………………………………………………13…………………………………………………………………………………….16第三章硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 18　ccd供電電路設(shè)計(jì) 19 20 20 20 22 22 23 23第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 24 25 26 28 28第五章 開(kāi)發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過(guò)程 29 29 29第六章 車模主要技術(shù)參數(shù) 31第七章 結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33第一章 引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，智能控制的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。第十一屆“恩智浦杯”全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽技 術(shù) 報(bào) 告學(xué) 校：遼寧工程技術(shù)大學(xué) 隊(duì)伍名稱：挑戰(zhàn)者參賽隊(duì)員：徐卿 李川 帶隊(duì)教師：李斌摘 要本文介紹了遼寧工程技術(shù)大學(xué)挑戰(zhàn)者隊(duì)制作的第十一屆“恩智浦杯”全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽的智能車系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，該智能車能夠很好地跟隨黑色引導(dǎo)線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于不同形狀的道路予以相對(duì)應(yīng)的控制策略，可快速穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)整個(gè)賽道的行程。全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽是以智能汽車為研究對(duì)象的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽，是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng)，是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競(jìng)賽之一。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K60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)、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)。根據(jù)本屆賽道的特點(diǎn)，我們采用了低重心緊湊型的設(shè)計(jì)方案，并架高舵機(jī)以提高響應(yīng)速度；各系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)成面積較小方形電路板。 (2) 重心位置：由于小車是以較高速度運(yùn)行的，在過(guò)彎時(shí)，必然會(huì)有較大的離心力，而重心過(guò)高將會(huì)引起小車的側(cè)翻。并且，我們?cè)跍y(cè)試中發(fā)現(xiàn)，過(guò)長(zhǎng)的舵機(jī)臂會(huì)限制導(dǎo)向輪的打角幅度，進(jìn)而可能導(dǎo)致一些彎道無(wú)法轉(zhuǎn)過(guò)，故舵機(jī)桿我們選取了一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹?。在?shí)際制作中，這個(gè)角度調(diào)節(jié)為8度左右。由于阻力比不調(diào)節(jié)前束時(shí)增大，所以直線加速會(huì)變慢。前輪角調(diào)節(jié)示意圖如圖23所示：圖23前輪角調(diào)節(jié)示意圖 (3) 主銷前傾：由于車模倒向運(yùn)行，動(dòng)力前置，轉(zhuǎn)向特性與以往相反，采用主銷前傾可以增加汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性和在轉(zhuǎn)向后使導(dǎo)向輪自動(dòng)回正。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，地面對(duì)車輪