【正文】 度控制帶來的不良影響，具有較好的控制效果。為了克服上述缺點(diǎn)，本文在PID算法中加入了一階慣性環(huán)節(jié)?？刂圃隽俊鱱(k)的確定僅與最近k次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。增量式PID具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法關(guān)掉。因而產(chǎn)生了增量式PID 控制的控制算法，所謂增量式PID 是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量△u(k)。微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在該偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。圖410 PID控制器原理框圖在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器，控制規(guī)律為： (1) (2)式中k采樣序號(hào)，k = 0，1，2…； r(k)第k次給定值；c(k)第k次實(shí)際輸出值； u(k) 第k次輸出控制量；e(k) 第k次偏差； e(k1) 第k1次偏差；KP比例系數(shù)； TI積分時(shí)間常數(shù)；TD微分時(shí)間常數(shù)； T采樣周期。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。此時(shí)獲得了這套轉(zhuǎn)向參數(shù)的可用速度范圍，在此基礎(chǔ)上添加變速程序，以起到穩(wěn)定并且高速的效果。根據(jù)往屆比賽的經(jīng)驗(yàn)，賽車能否以最短的時(shí)間完成比賽，與賽車的速度和路徑都有著密切的關(guān)系，因此，如何使賽車以一個(gè)最合理、最高效的路徑完成比賽是提高平均速度的關(guān)鍵。在獲得偏差前要先標(biāo)定賽道邊沿，我們將車放在直道上，標(biāo)定出標(biāo)準(zhǔn)的左右邊線。圖47 原始邊沿提取算法流程圖十字校正和小S校正后的效果如圖48和49所示。(2)特殊賽道一般彎曲程度較小，每行的寬度近似等于直道上標(biāo)定出來的寬度。攝像頭采集到幾種典型賽道圖像如圖41～圖43所示。因此，在軟件上必須排除干擾因素，對(duì)賽道進(jìn)行有效識(shí)別，并提供盡可能多的賽道信息供決策使用。 圖38 撥碼開關(guān)、外設(shè)接口原理圖第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)高效的軟件程序是智能車高速平穩(wěn)自動(dòng)尋線的基礎(chǔ)。其中IR2104自帶死區(qū)控制，電源電路采用上述的5V穩(wěn)壓、12V升壓和電源電壓，MOSFET 管的選型也比較重要。為保證最佳的接收效果，我們?cè)谶x用引腳和設(shè)計(jì)主板時(shí)，采用統(tǒng)一模塊的引腳，布線時(shí)盡量保證等長，攝像頭和主板的連接線盡量短，等長。當(dāng)然為與MCU系統(tǒng)阻抗匹配，分頻信號(hào)輸入最好加33歐姆電阻進(jìn)行阻抗匹配。實(shí)際應(yīng)用中，太大的圖像數(shù)組不但會(huì)導(dǎo)致信息的浪費(fèi)，還會(huì)延長整個(gè)圖像的處理時(shí)間，得不償失。為排除壓差使得供電不正常，我們采用電池電壓直接為其供電。在MC3406LM2577和LM2587幾個(gè)方案比較中，我們選擇了輸出電流最大，開關(guān)頻率最高的LM2587。LM2940是微功耗低壓差線性電源芯片，具有完善的保護(hù)電路，包括過流，過壓，電壓反接保護(hù)。用到的接口如下：電機(jī)PWM波輸出：PTAPTA11舵機(jī)PWM波輸出：PTA8編碼器兩相信號(hào)輸入：PTAPTA19PCLK信號(hào)輸入：PTC19FOOD信號(hào)輸入：PTA28HREF信號(hào)輸入：PTA298路數(shù)字信號(hào)輸入：PTD0~PTD7撥碼開關(guān)輸入信號(hào)；PTB0~PTB7本系統(tǒng)中電源穩(wěn)壓電路分別需要有+5V，+，+，+12V供電。Kinetis系列微控制器是CortexM4系列的內(nèi)核芯片。同時(shí)為了整量車子的簡(jiǎn)潔，我們將電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路也設(shè)計(jì)到了主板上，為了減小電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路帶來的電磁干擾，我們把控制單元部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分分開來，排布在主板的兩端。簡(jiǎn)潔是指在滿足了可靠、高效的要求后，為了盡量減輕整車重量，降低模型車的重心位置，應(yīng)使電路設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)潔，盡量減少元器件使用數(shù)量，縮小電路板面積，使電路部分重量輕，易于安裝。這樣可以保證攝像頭固定的牢固和平穩(wěn)性，獲得最大的剛度質(zhì)量比，整套裝置具有很高的定位精度和剛度，攝像頭不易松動(dòng)，避免了因攝像頭松動(dòng)而反復(fù)校準(zhǔn)的過程，為順利完成比賽提供保障力。當(dāng)然改變之前轉(zhuǎn)向輪的四個(gè)參數(shù)，也能獲得較為滿意的舵機(jī)打角和轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)彎半徑關(guān)系，四個(gè)參數(shù)的調(diào)整在前文中已經(jīng)提到，這里不再贅述。舵機(jī)轉(zhuǎn)角變化范圍即使較小，轉(zhuǎn)彎半徑的變化也會(huì)很大，因而對(duì)多級(jí)的控制顯得尤為很重要。具體安裝方式如圖26所示。比賽車模的轉(zhuǎn)向是通過舵機(jī)帶動(dòng)左右橫拉桿實(shí)現(xiàn)。精確度上去的代價(jià)是編碼器的質(zhì)量和體積都較大，給安裝帶來了一定不便。圖 24 最終的轉(zhuǎn)向輪機(jī)械在保證順利通過坡道的前提下，底盤離地間隙應(yīng)盡可能小，從整體上降低模型車的重心，以提高行駛穩(wěn)定性并減小側(cè)滑。車輪束角示意圖如圖22（d）。車輪外傾角：能減小因機(jī)械造成的滑動(dòng)摩擦，減小轉(zhuǎn)向阻力，減小轉(zhuǎn)向輪機(jī)械結(jié)構(gòu)負(fù)載，保持轉(zhuǎn)珠靈活。經(jīng)分析，通常后傾角值應(yīng)設(shè)定在1。因此在對(duì)轉(zhuǎn)向輪的定位與調(diào)整過程中，不僅需要理論支持，同時(shí)需要大量的測(cè)試來驗(yàn)證方案的可行性。舵機(jī)采用SD5數(shù)碼伺服器，帶堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路，動(dòng)作速度≤177。 圖21 B型車模示意圖車模具體參數(shù)：，軸距20cm，前輪距（主動(dòng)輪）14cm， 具有較強(qiáng)的彈性和剛性。B型車模相對(duì)于去年的A型車而言：輪子大、底盤高、電機(jī)響應(yīng)遲鈍，雖然在去年的基礎(chǔ)上加了防滑膠套，但整個(gè)模型的摩擦力不及A型車模，因此在規(guī)則允許范圍內(nèi)盡量改造車模，提高車模整體性能是很必要的。圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖車體整體布局的基本要求可簡(jiǎn)單歸納為一下幾點(diǎn)：（1）車模底盤降低，簡(jiǎn)化主板使其貼近底盤，以降低重心； （2）改變電池位置，避免重心集中在車體前端；（3）電機(jī)與車身連接盡量保持原狀，不采用硬固定，保持車體靈活；（4）注意編碼器和舵機(jī)擺放位置，要方便控制又保持重心低；（5）用輕便堅(jiān)固的碳卷管作為攝像頭桿的材料；（4）注意攝像頭固定位置，保證該區(qū)域振動(dòng)小，重心分布要和盲區(qū)與前瞻匹配。1第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽中，小車的基本結(jié)構(gòu)大致可分為電源模塊、傳感器模塊和控制模塊。大賽包括光電組、攝像頭組和電磁組，為保持創(chuàng)新性，在本屆比賽中各組別的規(guī)則有所改變，其中攝像頭組繼第七屆的尋雙線外，改用B型車模，前輪驅(qū)動(dòng)，難度大大提升。關(guān)鍵詞：MK60N512VMD100，Ov7620，DMA，PID，Labview，SD卡 AbstractIn this paper we will design a smart car system based on MK60N512ZVLQ10 as the microcontroller unit. We use a Ov7620 digital image camera to obtain lane image information. The MCU gets the image by its DMA module. Then convert the original image into the binary image by using dynamic threshold algorithm in order to extract black guide line for track identification. An inferred sensor is used to measure the car`s moving speed. We use PID control method to adjust the rotate speed of driving electromotor and direction of steering electromotor， to achieve the closedloop control for the speed and direction. To increase the speed of the car and make it more reliable， a great number of the hardware and software tests are carried on and the advantages and disadvantages of the different schemes are pared by using the Labview simulation platform designed by ourselves， the SD card module and the wireless module. The results indicate that our design scheme of the smart car system is feasible.Keywords: MK60N512VMD100，DMA，Ov7620，PID，Labview，SD card 目 錄摘 要 IAbstract II引 言 1第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 2 2第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 4 4 5 6 7 7 8 9第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 10 10 10 10 11 13 13 14 14第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 16 16 16 17 19 21 21 PID 控制算法介紹 22 23 23 24 25 25 26 26 28第五章 系統(tǒng)開發(fā)及調(diào)試 29 29 29 上位機(jī) 29 SD卡模塊 30 30 31 31第六章 模型的主要技術(shù)參數(shù) 32結(jié) 論 33參 考 文 獻(xiàn) 34附錄：程序源代碼 35IV引 言引 言“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽是受教育部高等教育司委托，高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)負(fù)責(zé)主辦全國大學(xué)生智能車競(jìng)賽。飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽 技 術(shù) 報(bào) 告關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第八屆飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行。并且有越來越多的隊(duì)伍加入其中。不僅如此，在這一年漫長的做車過程培養(yǎng)了我們電路設(shè)計(jì)、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等方面的能力，鍛煉了我們心理素質(zhì)、實(shí)踐動(dòng)手的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作都有著重大的實(shí)際意義。在滿足比賽要求和小車正常運(yùn)行的情況下，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單高效，因而在設(shè)計(jì)過程中盡量簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，減少因硬件而出現(xiàn)的問題。在組建整個(gè)小車系統(tǒng)之前，我們就對(duì)該車模進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)分析。車模示意圖如圖21所示。 RS540馬達(dá)，轉(zhuǎn)速20000r/min，內(nèi)裝散熱風(fēng)扇。為滿足參賽隊(duì)員對(duì)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的嘗試，組委會(huì)同意可以將轉(zhuǎn)向輪的左右輪進(jìn)行位置調(diào)換。[1]主銷后傾示意圖如圖22（a）所示。 圖22（a）主銷后傾示意圖 圖22（b）主銷內(nèi)傾示意圖 圖22（c）車輪外傾示意圖 圖2