【正文】 應用在電動車模上，用來控制賽車中的前輪轉向。當 SS2 導通時，S S4 關斷，電機兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電機的正轉或反轉制動；當 SS4 導 通時，SS2 關斷，電機兩端為反向電壓，電機反轉或正轉制動。電動小車的驅動系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器及電動機三個主要部分組成。 霍爾效應開關集成化霍爾開關傳感器（CS1018）具有靈敏可靠、體積小巧、無觸點、無磨損、使用壽命長、功耗低以及不怕塵土、油污、濕熱等優(yōu)點。圖33 光電檢測示意圖理論上，光電管數(shù)量越多，橫向控制越精確，但是由于車賽對傳感器數(shù)量的限制（最多 16 個）以及考慮到太多的光電管會消耗大量的電量，綜合橫向控制輸入量的要求，我們選用了 14 只反射式紅外光電管按一定的距離橫向布局，如圖 34。綜合考慮，我們小車在電機轉軸的小鋼圈上對稱的安裝了 2 個磁鐵。 第七節(jié)：給出了智能車的主要技術參數(shù)。然而，Altium 的理念是讓電子設計變得更容易，Altium Designer 讓每一位工程師都能使用最新的設計功能。和多時現(xiàn)代單片機一向，S12 單片機 CPU 內部使用了 4 級流水線結構，這種結構使得 CPU 的讀取指令，解釋指令，執(zhí)行指令等操作看起來好像是并行的。雖然存在著這些限制，但是對于我們這次的智能車系統(tǒng)的開發(fā)已經是足夠了。 PWM工作原理S12微控制器PWM模塊是由獨立運行的8位脈沖計數(shù)器PWMCNT、兩個比較寄存器PWMPER和PWMDTY組成。 用法：PWMPOL_PPOL0=1 通道 0 在周期開始時輸出為高電平，當計數(shù)器等于占空比寄存器的值時，輸出為低電平。PCKA0~PCKA2 是對ClockA進行預分頻。S12的PWM 共有四個時鐘源，每一個 PWM 輸出通道都有兩個時鐘可供選擇（ClockA、ClockSA 或Clock B、ClockSB））。 HCS12原理及應用PWM寄存器說明1 PWM啟動寄存器PWMEPWME 寄存器每一位如圖 1 所示： 復位默認值：0000 0000B圖 1 PWME 寄存器PWM 輸出波形的翻轉控制可以通過編程來實現(xiàn)。選擇在車模上安裝1個或是2個加速度傳感器輔助判斷車模的穩(wěn)定性。這樣就可以在舵機輸出較小的轉角下，取得較大的前輪轉角，從而提高了整個車模轉向控制速度。影響舵機控制特性的一個主要參數(shù)是舵機的響應速度即舵機輸出軸 轉動 角速度， 這個參數(shù)一般以舵機輸出轉盤旋轉60176?？刂菩盘柺侵芷谠?0ms左右的脈沖信號，脈沖信號的寬度決定舵機輸出舵盤的角度。此外，也可以利用舵機進行機械剎閘制動、位置傳感器主動掃描等操作。它一方面可以顯示模型車控制電路的各種信息以及工作參數(shù)，另一方面還可以對工作參數(shù)進行現(xiàn)場修改。例如可以將兩片33886電機驅動芯片pin to pin并聯(lián)使用，借助驅動芯片內部輸出特性實現(xiàn)兩片輸出電流均衡。通過電機驅動模塊，控制驅動電機兩端電壓可以使模型車加速運行，也對模型車進行制動。模糊控制是基于人們的經驗的，而經驗是人們智能活動的結晶，故而模糊控制反映著人們的智能對生產過程的自動控制作用。一般的工業(yè)生產過程較多屬于線性定常系統(tǒng)，可以用經典控制方法來控制，經典控制方法最典型的就是 PID 控制方法。并且在電池組輸出端加上1000u的電容，盡量減少電池組輸出電壓的波動。優(yōu)點是測速準確、穩(wěn)定、快速，可以直接由 AD 轉換器讀入單片機測得當前速度值。 本方案需要注意的問題如下：我們需要把光電管盡量貼近地面，以減小干擾；盡量密集排布光電管收發(fā)對，提高測量精度；程序上，需要確定合理的算法，得到當前的路況。光電傳感器的排列方法、個數(shù)、彼此之間的間隔都與控制方法密切相關。本次智能車模競賽的賽道是白底黑線，路徑識別即識別白底地面上的黑線軌道的檢測，常用的方案有： 方案一： 采用 CCD 攝像頭 圖7 CCD 攝像頭探測路徑 使用 CCD 攝像頭采集路面圖像采用圖像處理與分析的方法判斷路徑，是路徑識別中常用的方法之一。此外，通過實驗可發(fā)現(xiàn)，此時舵機響應速度也會提高，所以直接使用電池電壓作為舵機的電源。電源模塊由若干相互獨立的穩(wěn)壓電路組成?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路可靠運行的基礎。 圖3 硬件電路大賽詳細規(guī)則如下：1) 核心控制模塊可以采用組委會提供的 HCS12 模塊，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；2) 伺服電機數(shù)量不超過 3 個；3) 傳感器數(shù)量不超過 16 個（紅外傳感器的每對發(fā)射與接受單元計為 1 個傳感器，CCD 傳感器記為 1 個傳感器）；4) 直流電源使用大賽提供的電池；5) 禁止使用 DCDC 升壓電路為驅動電機以及舵機提供動力；6) 全部電容容量和不得超過 2000 微法；電容最高充電電壓不得超過 25 伏。圖1 安裝有自動控制器的智能車設計自動控制是制作智能車的核心環(huán)節(jié)。關于智能汽車競賽的基本情況：參賽隊伍通過設計基于單片機的自動控制器控制模型車在封閉的跑道上自主尋線運行。根據(jù)汽車理論的基礎知識，可以在實際組建當中進行調整，以使汽車獲得最佳的性能。圖2所示為賽道示意圖。系統(tǒng)結構如圖3所示。設計中除了考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉換效率、降低噪聲、防止干擾和電路設計等方面進行優(yōu)化。，主要為后輪驅動電機模塊提供電源。例如采用飛思卡爾公司的MC7260加速度傳感器進行車輪打滑檢測。~6V的范圍內，電流100mA左右。 道路檢測模塊方案比較與選擇檢測賽道相對車模的偏移量、方向、曲率等信息是實現(xiàn)車模自主沿著賽道運行的基本信息基礎，獲取更多、更遠、更精確的賽道信是提高車模運行速度的關鍵。光電傳感器尋跡方案的優(yōu)點是電路簡單、信號處理速度快。根據(jù)上面介紹的兩種方案的優(yōu)缺點，權衡穩(wěn)定性、精度和速度后，我們選用了直流反射式紅外光電管方案。但市場上測速發(fā)電機應用于低壓市場的比較少，而且都比較重，不適用于模型車，并且要將側速發(fā)電機安裝到電動車上需要對電動車模型進行較大改動，由于其質量較重，可能會嚴重影響電動車的機動性能，除非自制。解決方案介紹，而輸出要求5V和6V，不能使用最普通的并且常見的直流穩(wěn)壓電源芯片7805和7806，因為他們要求輸入輸出電壓壓差至少在3V以上，所以我們選用了低壓降的LM2940作為5V電壓的穩(wěn)壓模塊，并且由于舵機和驅動電機對電源的影響很大，可能導致電源有較大紋波，為了盡可能的降低驅動電機和轉向舵機之間的干擾，我們采用另外一個穩(wěn)壓電源芯片專門為轉向舵機供電，我們選中LM1117為轉向舵機單獨提供電源，通過改變LM1117接地端（2引腳）的電勢，我們可以調節(jié)LM1117的輸出電壓，以滿足轉向舵機的電壓要求。經典控制方法是以傳遞函數(shù)為基礎實現(xiàn)的。 自從 1974 年英國的 Mamdani 首次用模糊邏輯實現(xiàn)對蒸汽機的控制之后，模糊控制就成為一種有別于經典控制和現(xiàn)代控制的新的控制方式。轉速達到14060r/min時，工作效率最大。?驅動集成電路并聯(lián)使用提供更大的驅動電流。 調試電路模塊調試電路用于模型車模型車開發(fā)調試階段工作中，特別是現(xiàn)場調試過程中。在模型車上，多級的輸出轉角通過連桿傳動控制前輪轉向。另外一根連線（藍色或者黃色）為控制信號線。 脈寬之間的關系車模采用大賽組統(tǒng)一提供的SRM102型舵機，工作電源為6V。提高舵機控制前輪轉向速度的另外一個方法是采用杠桿原理，在舵機的輸出轉盤上安裝一個較長的輸出臂，將轉向傳動桿連接在輸出臂末端。通過這些信息可以調整模型車速度保證運行穩(wěn)定性。每一個通道的 PWM 輸出使能都可以由編程來控制。 每一個通道都可以通過編程實現(xiàn)左對齊輸出還是居中對齊輸出。PWM時鐘選擇寄存器PWMCLKPWMCLK 寄存器每一位如圖3 所示： 復位默認值：0000 0000B圖2 PWMCLK 寄存器ClockA、ClockB的值為總線時鐘的1/2n (0≤n≤7)，具體設置參照圖4和圖5圖 4 Clock A 預分頻設置圖5 Clock B 預分頻設置PCKB0~PCKB2 是對ClockB進行預分頻。用法: PWMCAE_CAE0 = 1 通道0 中心對齊輸出 PWMCAE_CAE7 = 0 通道7 左對齊輸出注意：只有輸出通道被關閉后才能對其進行設置，即通道被激活后不能對其進行設置。原理參照圖6:圖15如同多數(shù)軟件開發(fā)商一樣，Metrowerks 公司提供 CodeWarrior的教學版本（Special Edition），使用教學版本對成的代碼有一定的限制，不能超過 12KB，對工程包含的文件數(shù)目限制在了 30 個以內[3]。S12 系列單片機的 BDM調試模式有這種功能。 以前這些高級的 PCB 設計技術被限定在‘高級’ 的 PCB 設計產品，這些產品對于大多數(shù)工程師來說價格昂貴。 第六節(jié)：對智能車進行測試優(yōu)化，調整參數(shù)，改善智能車的性能。 測速機構的安裝測速機構使用了霍爾傳感器，其安裝主要包括霍爾傳感元件的安裝和磁鐵的安裝，我們將磁鐵均勻的安裝在小車電機轉軸的小鋼圈上，如圖 34 所示，安裝中要注意的問題包括：：為了使得霍爾元件能夠感應到磁鐵，二者之間的距離不能太遠，經過實驗測量，并且磁鐵的極性要安裝正確；：為了能夠較為實時的測量出測速，理論上磁鐵之間距離越小越好，但距離太小時各個分布的磁鐵之間的距離誤差系數(shù)增大，會導致測量的速度誤差較大。圖 43 中電阻的阻值可以根據(jù)不同光電管通過實驗測量選取。如在一些具有四遙（遙調、遙控、遙測、遙信）功能的設備上，霍爾效應產品隨處可見。 驅動電機驅動電路 電機驅動原理 一個電動小車整體的運行性能，首先取決于它的電池系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)。全橋式驅動電路的 4 只開關管都工作在斬波狀態(tài)，SS2 為一組，SS4為另一組，兩組的狀態(tài)互補，一組導通則另一組必須關斷。當通過給 IN1 和 IN2 兩個輸入引腳加不同的 PWM信號時，可以實現(xiàn)對直流電機的正像驅動，反向驅動，正向制動以及反向制動。它在電機驅動、D/A 變換等場合有著廣泛的應用。 數(shù)字 PID 控制介紹 PID 算法簡介 圖 41 模擬 PID 控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中，常常采用如圖 41 所示的 PID 控制，其控制規(guī)律為[5]： 由于方向偏離角度和舵機的控制量之間是近似的線性關系，而且也基本上可以看作是線性定常系統(tǒng)，所以適宜采用 PID 算法。根據(jù)湊試法的步驟，開始先知考慮比例作用，則有： K p = 25 式411 由于在直道上要盡量消除車體左右擺動，所以需要加入死區(qū)算法，由于輸出范圍確定所以需要加入抗積分飽和的算法，具體實現(xiàn)參考第六章軟件實現(xiàn)部分，參數(shù)確定參考第七章調試部分。模糊化的具體過程如下： a) 首先對輸入量進行處理變成模糊控制器要求的輸入量 b) 對經過上述變換的輸入量進行尺度變換，使其變換到各自的論域范圍 c) 確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數(shù)，即進行模糊化。 圖 46 隸屬度函數(shù)取法示意3. 控制規(guī)則： 47 模糊控制規(guī)則表舉例uc ： Nc ： Zc ： Pe ： NPBPMZe ： ZPSZNSe ： PZNMNB4. 模糊推理:是模糊控制器的核心。本設計中模糊控制器是個雙輸入單輸出的系統(tǒng)，輸入量為小車檢測到的前方黑線的角度 angleindex 和小車當前行駛速度 velocitycount，輸出量為控制電機速度的 PWM 波的占空比，控制系統(tǒng)結構設計如圖 57 所示： 圖 48 模糊控制系統(tǒng)結構、輸出量模糊化1. 角度量 angleindex 和當前速度 velocitycount 的模糊化考慮到角度量 angleindex 正負對速度控制沒有影響，故將角度量論域劃分為 8 個模糊子集，模糊子集序號越大，角度量越大，即角度偏差越大，其隸屬度函數(shù)如圖 58 所示（注：圖中角度量論域沒有按坐標畫）。 圖 411 速度控制量 PWMDTY1 圖 412 速度控制量 模糊控制規(guī)則根據(jù)車體的物理運動學規(guī)律和日常生活中的經驗，為了使車行駛的平均速度最大且保證不偏離車道，可以總結出一下規(guī)則：根據(jù)車體的物理運動學規(guī)律和日常生活中的經驗，為了使車行駛的平均速度最大且保證不偏離車道，可以總結出一下規(guī)則：規(guī)則 1：如果車在直道上，以最快速度行駛。 模糊控制的實現(xiàn)本設計中模糊控制算法的實現(xiàn)使用的是軟件法