【正文】 時(shí)，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，不斷的來修改參數(shù)來完善結(jié)果。 表 為電機(jī)測試 記錄表 。模塊的體積小且安裝固定比較方便，出現(xiàn)問題可以立即檢查哪個(gè)部分的原因，不用拆解電路就可以及時(shí)更換損壞的零件。 LCD5110 的初始化 過程為 ：接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個(gè) RES 低電平脈沖復(fù)位一下。這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就被交換 [13]。 SPI 是英語 Serial Peripheral interface 的縮寫，指的是串行外圍設(shè) 備接口 。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 TIM_SetCompare2(TIM2,pwm2)。該寄存器的各位描述如圖 所示： 反饋補(bǔ)償 伺服電動機(jī) 微分先行 速度設(shè)定 不完全微分 模糊 PID 路線偏差 速度 v(t) + + + r(t) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 圖 TIMx_CCMR1 寄存器各位描述 需要說明的是模式設(shè)置位 OCxM，此部分由 3 位組成 ，它總共可以配置成 7 種模式，我們使用的是 PWM 模式，所以這 3 位必須設(shè)置為 110/111。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 智能車速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 各模塊軟件設(shè)計(jì) 電機(jī)控制及調(diào)速 軟件控制電機(jī)的核心主要由兩部分組成：方向控制和速度控制。 e (t) u(t) + + r(t) 比例 積分 微分 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 對象 + 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 PID 控制在智能玩具車上的實(shí)現(xiàn) 舵機(jī) PID 控制 舵機(jī)的 PID 控制是使用比較廣泛的方法。 積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高誤差度。 圖 S 型彎或 U 型彎檢測流程圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 復(fù)雜賽道的分段循跡方法 任何復(fù)雜的循跡都可以拆分成簡單的循跡來實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的循跡最重要的是找到交叉點(diǎn)，然后根據(jù)預(yù)先各種簡單路徑的判斷方法，先進(jìn)行小范圍轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向的多少 可以用前面的 傳感器 （即 SS3） 做轉(zhuǎn)過黑線數(shù)目的計(jì)數(shù) ，將一段復(fù)雜賽道拆分若干個(gè)塊 。此時(shí)，讓小車以低速度、大半徑轉(zhuǎn)彎一段路程，此段路程的長度與小車的機(jī)械性能有關(guān)，需要經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)測定。 具體的程序算 法可以用上一次的檢測數(shù)據(jù)來完成，定義： SS1_Last=SS1。智能小車判斷當(dāng)前路徑為 直道及簡單的彎道 前提是， SS3始終能檢測到黑線，并且 SS1 和 SS5 始終不能檢測到黑線。 圖 一字型排列示意圖 這種布局的優(yōu)點(diǎn)是簡單且安裝方便。 根據(jù)需要延時(shí) ()。 圖 無線模塊與單片機(jī)接口應(yīng)用電路 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分為整個(gè)智能玩具車運(yùn)行的核心， 完成了 硬件和機(jī)械部分，軟件算法的完善程度決定了小車運(yùn)行的最終效果。顯示器的數(shù)據(jù)為串行輸入，節(jié)省單片機(jī) I/O 口資源。 本文設(shè)計(jì)了 一款 專門 用作黑 、 白線檢測的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測，它 使用 5 路巡線、 1 路避 障共 6 路 的 高靈敏度的紅外傳感器 ，能夠?qū)诎拙€進(jìn)行 準(zhǔn)確的識別。具有雙向測速功能，可直接輸出方波，通過兩路方波的相位差來識別轉(zhuǎn)動方向。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度與接收脈沖 的關(guān)系 測速模塊設(shè)計(jì) 在智能玩具車設(shè)計(jì)中，速度反饋是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，良好的速度反饋是智能汽車在告訴運(yùn)行過程中精確的調(diào)節(jié)速度的前提 。 舵機(jī) 與普通直流電機(jī)的區(qū)別在于直流電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而舵機(jī)只能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動。相對于 采用分立元件搭建電路，集成模塊價(jià)格便宜，操作簡單，穩(wěn)定性高，因此本設(shè)計(jì)采用了 2403ND 直流電機(jī)驅(qū)動模塊。 圖 簡單直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動電路 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 其中 VT 為功率 MOS 管，電流大小由電機(jī)功率決定。實(shí)際電路中，芯片輸入端和輸出端與地接大容量濾波電容外，還需要接小容量電容（ ~10μF），用于抑制芯片自激振蕩，壓窄高頻帶寬，減小高頻噪聲。 芯片硬件結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)使用的 MCU 是 ST 公司推出的 STM32 系列 32 位微控制器， 如圖 所示為STM32F103 芯片及引腳圖， 該 芯片的各項(xiàng)硬件參數(shù)性能如下： 圖 STM32F103 芯片及引腳圖 內(nèi)核 32 位 CortexM3 內(nèi)核 ， 最高 72MHz 工作頻率， 支持 單周期乘法和硬件除法。在功能和作用上，系統(tǒng)成了 分成了三個(gè) 主要部分 ，即信息獲取 與處理部分、動作控制部分和信息交互部分 ： （ 1） 信息獲取和處理部分包括兩種傳感器：光電傳感器陣列和編碼器，以及擔(dān)任信息處理作用的 STM32F103 主控芯片。 方案二：利用紅外對管 傳感器 作為尋跡 方案 ， 紅外光電對管 集成了紅外發(fā)射管和接收管， 因?yàn)?傳感器 發(fā)射 出的是紅外光 ， 所以 接收信號 對 外界 可見光 的影響較小， 并且光電對管輸出 對信號 可以通過電平轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號輸出 ，可靠性高 ，適合單片機(jī)的接收控制 。用由 MOSFET 管組成的 H 型橋式電路，用單片機(jī) 或可編程芯片輸出占空比可調(diào)的脈沖控制信號 ， 即可以 精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是：功耗小、效率高；穩(wěn)壓范圍寬；效率 高，濾波電容的容量和體積 少；電路形式多樣 靈活 。 電源電路 電源電路的好壞關(guān)乎著整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，是整個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的一環(huán)。 主控芯片 智能玩具車中的 主控芯片是 該系統(tǒng) 的 核心 ，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的信息獲取、處理和控制。 研究內(nèi)容 本文主要通過對玩具小車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，以達(dá)到模擬智能汽車的目的。 智能汽車是當(dāng)今車輛工程領(lǐng)域研究的前沿， 20 世紀(jì) 80 年代以來，隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)、 信息技術(shù)、 通信 和 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展 以 及其他學(xué)科的 相互發(fā)展和 滲透， 使得 控制科學(xué)與工程研究的 研究不斷深入，控制系統(tǒng)向智能化 的發(fā)展已成為一種趨勢。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊及自動控制等技術(shù)。Automatic Controll 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 1 引言 ..................................................................................................................................... 1 研究背景和意義 ......................................................................................................... 1 研究內(nèi)容 ..................................................................................................................... 1 2 設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................................. 2 硬件設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................. 2 主控芯片 ........................................................................................................ 2 電源電路 ........................................................................................................ 2 電機(jī)和驅(qū)動模塊 ............................................................................................ 3 循跡電路 ........................................................................................................ 3 最終方案選擇 ................................................................................................ 4 總體設(shè)計(jì)框圖 ............................................................................................................. 4 3 硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................................................. 6 主控電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 6 STM32F103 芯片 硬件結(jié)構(gòu) ........................................................................... 6 最小應(yīng)用系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì) ........................................................................ 7 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 8 驅(qū)動電路原理 ................................................................................................ 8 電機(jī)驅(qū)動模塊 ................................................................................................ 9 接口定義 ...................................................................................................... 10 舵機(jī)驅(qū)動設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 11 測速模塊設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 12 循跡電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 13 輔助及調(diào)試電路設(shè)計(jì) ............................................................................................... 15 液晶顯示器 .................................................................................................. 15 無線通信 ...................................................................................................... 15 4 軟