【文章內(nèi)容簡介】 某行視頻信號(hào)，將該行中采樣到的像素值依次從左至右（列值遞增）存于二維數(shù)組相應(yīng)的某行中。 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊 模型車后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為 RS380 電機(jī)，工作在 ，空載電流為 ，轉(zhuǎn)速為16200r/min。在工作電流為 ，轉(zhuǎn)速達(dá)到 14060 r/min 時(shí)，工作效率最大。 通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩端電壓可以使模型車加速行進(jìn)，也對(duì)模型車進(jìn)行制動(dòng)。由于比賽中不需要模型車倒車，所以電機(jī)只工作在正傳方向上做功與發(fā)電兩個(gè)狀態(tài)?？梢允褂么蠊β示w管、全橋或者半橋電路，輸出 PWM波形實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)的控制。為了簡化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，多數(shù)參賽隊(duì)伍采用了集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片完成對(duì)于電機(jī)的控制。圖 37 給出了基于MC33886 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電路原理圖。圖 3 39，表 32 則分別給出了 MC33886的內(nèi)部芯片內(nèi)部封裝圖，芯片外部引腳圖 ，以及 MC33886 芯片引腳功能列表。 [10] 圖 37 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 為了進(jìn)一步提高對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的能力，還可以從如下方面進(jìn)行改進(jìn)： 采用大功 率 MOS 管組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，例如 MOS管 IRF540，由于大功率 MOS 管導(dǎo)通內(nèi)阻小，允許大電流通過，可以提供更大的瞬時(shí)加速電流。但是相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 驅(qū)動(dòng)集成電路并聯(lián)使用提供更大的驅(qū)動(dòng)電流。例如可以將兩片 33886 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 pin to pin 并聯(lián)使用，借助驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部輸出特性實(shí)現(xiàn)兩片輸出電流均衡。 可以為功率或者驅(qū)動(dòng)集成電路添加散熱片，改善它們工作條件，提高它們過載能力。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電源可以直接使用電池兩端的電壓。模型車在啟動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，一方面會(huì)對(duì)其他電路造成電磁干 擾；另一方面由于電池內(nèi)阻造成電池兩端的電壓下降，甚至?xí)陀诜€(wěn)壓電路所需要的最低電壓值，產(chǎn)生單片機(jī)復(fù)位現(xiàn)象。為了克服啟動(dòng)沖擊電流的影響，可以在電源中增加容值較大的電解濾波電容，也可以采用緩啟動(dòng)的方式控制電機(jī)。在啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓有一個(gè)漸變過程沒，使得電機(jī)啟動(dòng)速度略為降低從而減少啟動(dòng)沖擊電流的影響。 為了增加模型車制動(dòng)效果，防止模型車沖出跑道的可能性，有些參賽隊(duì)伍還增加了機(jī)械剎車系統(tǒng)，在后輪旁邊增加了由伺服電機(jī)控制的剎車片完成對(duì)于模型車的制動(dòng)。 圖 38 MC33886 芯片內(nèi)部封裝圖 圖 39 MC33886 芯片外部引腳 表 32 MC33886 芯片引腳功能列表 電機(jī)程序代碼 PWMCAE=0x00。 PWMPRCLK=0x33。 PWMPOL=0xff。 PWMCTL=0xD0。 PWME=0xF3。 PWMPER45=4000。 PWMDTY45=Vel_PWMDTY[1]。 車速檢測模塊 為了使得模型 車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，除了控制前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)以外，還需要控制車速，使模型車在急轉(zhuǎn)彎時(shí)速度不要過快而沖出跑道?？梢酝ㄟ^控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的平均電壓控制車速，但是如果開環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，會(huì)有很多因素影響電機(jī)轉(zhuǎn)速，例如電池電壓、電機(jī)傳動(dòng)摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等。這些因素會(huì)造成模型車運(yùn)行不穩(wěn)定。通過速度檢測，對(duì)車模速度進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，即可以消除上面各種因素的影響，使得車模運(yùn)行得更精確。此外在一些控制策略中，采用了基于道路信息記憶的方式優(yōu)化控制策略。為了獲取道路信息，需要得到模型車運(yùn)動(dòng)距離，這也可以通過車速檢 測來實(shí)現(xiàn)。 在車輪沒有打滑情況下，車速正比于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。車速檢測一般是通過檢測驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測方式很多，大致有以下方法： 測速發(fā)電機(jī)。采用同軸直連或者齒輪傳動(dòng)等方式，將測速發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，它的輸出電壓正比于轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)角編碼盤。分為絕對(duì)位置輸出或者增量式位置輸出兩種。一般可使用增量式編碼盤。它輸出脈沖的個(gè)數(shù)正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而使它的輸出脈沖的頻率正比于轉(zhuǎn)速?？梢酝ㄟ^測量單位周期內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)或者脈沖周期得到脈沖的頻率?？梢赃x擇的編碼盤包括 NEMICON公司的 E40S60033， 600/T，以及 OMRON公司的 E6A2 增量式光碼盤。 反射式光電檢測。在后輪齒輪傳動(dòng)盤上粘貼一個(gè)黑白相間的光碼盤，通過固定在附近的反射式紅外傳感器讀取光碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖。 透射式光電檢測。相比前面反射式光電檢測，它是具有齒槽結(jié)構(gòu)的圓盤固定在后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上，采用直射式紅外光傳感器讀取齒槽圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖，比如 ST130 光電傳感器。有的參賽隊(duì)伍巧妙地利用了光電鼠標(biāo)中的齒槽結(jié)構(gòu)以及光電傳感器。 霍爾傳感器檢測。在后輪輸出齒輪軸上粘貼 1 個(gè)或者 2 個(gè)小型的永磁體，附近固定一個(gè)霍爾傳感器，如 CS3020 和 CS1018 型霍爾元件?；魻栐?3 個(gè)引腳，其中 2 個(gè)是電源和地，第三個(gè)是輸出信號(hào)，只要通過 1 個(gè)上拉電阻接至 5V電壓，就可以形成開關(guān)脈沖信號(hào)，后輪電機(jī)每轉(zhuǎn) 1 周，則可以形成 1 個(gè)或者 2個(gè)脈沖信號(hào)。 上面測量轉(zhuǎn)速方法中，測速發(fā)電機(jī)輸出電壓信號(hào)可以由單片機(jī)的 A/D 端口進(jìn)行讀取，其余的輸出信號(hào)都可以利用單片機(jī) I/O 端口輸入到單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器模塊中進(jìn)行測量。通過周期讀取計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)數(shù)值，可以反映出脈沖的頻率，從而得到車速信息。 測速機(jī)構(gòu)的安裝 [9] 圖 310 霍爾元件的安裝示意圖 測速機(jī)構(gòu)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(jī)轉(zhuǎn)軸的小鋼圈上，如圖 310 所示，安裝中要注意的問題包括： 1.霍爾元件與磁鐵的距離和極性：為了使得霍爾元件能夠感應(yīng)到磁鐵，二者之間的距離不能太遠(yuǎn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量，距離要小于約 ，并且磁 鐵的極性要安裝正確； ：為了能夠較為實(shí)時(shí)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(shí)各個(gè)分布的磁鐵之間的距離誤差系數(shù)增大，會(huì)導(dǎo)致測量的速度誤差較大。綜合考慮，我們小車在電機(jī)轉(zhuǎn)軸的小鋼圈上對(duì)稱的安裝了 2 個(gè)磁鐵。 舵機(jī)驅(qū)動(dòng) 舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動(dòng)中，控制航模上的發(fā)動(dòng)機(jī)、翼舵轉(zhuǎn)向。在模型車上，舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角通過連桿傳動(dòng)控制前輪轉(zhuǎn)向。此外，也可以利用舵機(jī)進(jìn)行機(jī)械剎閘制動(dòng)、位置傳感器主動(dòng)掃描等操作。比賽規(guī)則要求模型車中的舵機(jī)個(gè)數(shù)不超過 3 個(gè)。 舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它 由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成。通過內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號(hào)，因此對(duì)于他的控制可以使用開環(huán)控制方式。在負(fù)載力矩小于其最大輸出力矩的情況下，它的輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的脈沖寬度。 舵機(jī)接口一般采用三線連接方法，黑線為電源地線，紅線為電源線，一般采用兩種標(biāo)準(zhǔn)， 和 6V，分別對(duì)應(yīng)于 3 節(jié)和 4 節(jié)電池的電壓，另外一根連線為控制信號(hào)線?？刂菩盘?hào)是周期在 20ms左右的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的寬度決定舵機(jī)輸出舵盤的角度。 舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與控制信號(hào)脈寬之間的關(guān)系如圖 311 所示。 圖 311 舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與控制信號(hào)脈沖之間關(guān)系 控制舵機(jī)的脈沖可以使用 MCS9S12DG128的 1 路 PWM產(chǎn)生。單片機(jī)中有 8 路獨(dú)立的 PWM輸出端口，可以將其中相鄰的 2 路獨(dú)立的 PWM輸出級(jí)聯(lián)成一個(gè) 16位 PWM輸出。在單片機(jī)總線頻率為 24MHz的時(shí)候，設(shè)置級(jí)聯(lián) PWM周期常數(shù)為 60000，對(duì)應(yīng) PWM周期為20ms,PWM 占空比常數(shù)為 4500 對(duì)應(yīng)輸出為 。改變占空比常數(shù)可以改變輸出脈沖的寬度。 車模采用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的 SRM102 型舵機(jī)，工作電源為 6V。影響舵機(jī)控制特性的一個(gè)主要參數(shù)是舵機(jī)的響應(yīng)速度即舵機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，這個(gè)參數(shù)一般以舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60 度所需要的時(shí)間表示。 SRM102 型舵機(jī)響應(yīng)速度為。舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度有時(shí)間延遲，時(shí)間延遲正比于旋轉(zhuǎn)過的角度，反比于舵機(jī)的響應(yīng)速度。通過后面控制策略分析可知，舵機(jī)的響應(yīng)速度直接影響模型車通過彎道時(shí)的最高速度，提高舵機(jī)的 響應(yīng)速度是提高模型車平均速度的一個(gè)關(guān)鍵。舵機(jī)的響應(yīng)速度與工作電壓有關(guān)系，電壓越大速度越快，所以應(yīng)在舵機(jī)允許的工作電壓范圍內(nèi)，盡量選擇最大的工作電壓，可以提高舵機(jī)的響應(yīng)速度。大賽規(guī)則不允許采用升壓電路為舵機(jī)提供工作電源。實(shí)際使用過程中，蓄電池 許電壓范圍，但可以直接為舵機(jī)供電。提高舵機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向速度的另一個(gè)辦法是采用杠桿原理，在舵機(jī)的輸出舵盤上安裝一個(gè)較長的輸出臂，將轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿連接在輸出臂，將轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿連接在輸出臂末端。這樣就可以在舵機(jī)輸出較小的轉(zhuǎn)角下，取得較大的前輪轉(zhuǎn)角，從而提高 了整個(gè)車模轉(zhuǎn)向控制的速度。 此外，將驅(qū)動(dòng)舵機(jī)脈沖波形的周期從原來的 20ms減小到 10ms，增加舵機(jī)控制信號(hào)的更新頻率，減小舵機(jī)控制環(huán)節(jié)中的延時(shí)。 舵機(jī)的安裝 舵機(jī)通過一對(duì)連桿分別連接兩前輪內(nèi)側(cè)固定點(diǎn)，通過兩連桿在舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力帶動(dòng)下的橫向運(yùn)動(dòng)來控制兩車輪的轉(zhuǎn)向，安裝要注意的問題是是調(diào)整好兩連桿的長度，使得兩前輪保持平行并且使得舵機(jī)在零轉(zhuǎn)角時(shí)車輪方向亦為零轉(zhuǎn)角。安裝示意圖如 312 所示： [9] 圖 312 舵機(jī)安裝示意圖 舵機(jī)程序： PWMCAE=0x00。 PWMPRCLK=0x33。 PWMPOL=0xff。 PWMCTL=0xD0。 PWME=0xF3。 PWMPER01=40000。 PWMDTY01=DIR_PWMDTY。 智能車測試賽道基本參數(shù)： ，在分賽區(qū)以及決賽區(qū)進(jìn)行初賽階 段時(shí)，跑道所占面積不大于 5000mm* 7000mm，跑道寬度不小于 600mm；決賽階段時(shí)跑道面積可以增大。賽道路面制作材料型號(hào)會(huì)在網(wǎng)站給出。 ，中心有連續(xù)黑線作為引導(dǎo)線，黑線寬 25mm； 6500mm； ，交叉角為 90176。； 15 度之內(nèi)的坡面道路，包括上坡與下坡道路。 1000mm 的出發(fā)區(qū)，計(jì)時(shí)起始點(diǎn)兩邊分別有一個(gè)長度 100m