【文章內(nèi)容簡介】 搭建了 H 橋驅(qū)動(dòng)電路。通過邏輯設(shè)計(jì)，可以讓電機(jī)處于多種模式下工作，經(jīng)過在賽道上對(duì)賽車進(jìn)行試驗(yàn)，電機(jī)的加減速效果很好，完全可以滿足賽車對(duì)不同賽道加減速的要求。 本設(shè)計(jì)采用 PWM直流脈寬調(diào)速，該方法有效地避免了串電阻調(diào)速其調(diào)速范圍小，平滑性低的缺點(diǎn)，盡管也存在開關(guān)過渡過程損耗大，在供電回路中產(chǎn)生諧波等缺點(diǎn)，但可以通過合理選擇開關(guān)頻率等辦法彌補(bǔ)不足。驅(qū)動(dòng)芯片采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的半橋式驅(qū)動(dòng)器 MC33886。 我們考慮以下三種方案： (一 )使用單片的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片：實(shí)現(xiàn)簡單，但驅(qū)動(dòng)電流僅 5A左右。 (二 )兩片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片并聯(lián)：驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 10A左右。 (三 )由一片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng) CMOS全橋電路，最大驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 75A左右。 比較：使用一片驅(qū)動(dòng)芯片 MC33886驅(qū)動(dòng)全橋電路，其驅(qū)動(dòng)電流大，而且實(shí)現(xiàn)起來也不復(fù)雜，故而采用方案三，并使用雙路 PWM信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 小結(jié) 在硬件設(shè)計(jì)方面，我們盡量做到可靠、高效，這樣才能為整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)良好的平臺(tái)。 第 三 章 控制算法的研究 智能車控 制思想 智能車的控制思想的核心就是：將傳感器返回的賽道偏差，轉(zhuǎn)換為正確的調(diào)整量實(shí)現(xiàn)在車輛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。將核心延展成兩個(gè)個(gè)部分。傳感器偏差的讀取與控制擦略。在這里，我們可以把傳感器偏差的理解為基礎(chǔ)，而控制策略可以理解成是上層建筑。下面我們將逐一敘述這兩個(gè)部分。 傳感器偏差的讀取 攝像頭為傳感器來讀取偏差主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ，干擾較多。 20ms 的障礙，所以數(shù)據(jù)并不是在時(shí)間上連續(xù)。這些都是我們?cè)谡{(diào)試程序過程中主要遇到的問題。下面是我們的解決方案。 在黑 線提取方面，我們采用的是雙邊緣法。既在圖像不二值化的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行雙邊緣檢測(cè)。我們采集黑線的數(shù)據(jù)范圍是每行 60 個(gè)點(diǎn)，一共采集 28 行。正常的黑線的特點(diǎn)是，具有雙邊緣切符合特定的寬度。這樣在一行的處理上可以濾去一些砸點(diǎn)。接著是通過上下兩行的連續(xù)性來判斷數(shù)據(jù)的正確性。例如，本行采集的黑線位置為 40，與上一行做差。如果差值大于 10 證明該點(diǎn)給砸點(diǎn)。這樣通過二階連續(xù)性的判斷，基本上可以保證，采集出來的黑線是正確的。 這樣采集的過程卻忽略了起跑線，但在這個(gè)過程的基礎(chǔ)上識(shí)別起跑線并不難。只需要將黑線寬度，放寬即可。既原來 要求的范圍是 1—— 3。而起跑線的寬度，通過在線調(diào)試可以確定是 10—— 20。只要兩個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行起跑線和正常賽道的識(shí)別即可。還需要注意一點(diǎn)的就是，起跑線的識(shí)別通常采用的方法是雙側(cè)寬黑區(qū)加上中間的正常黑區(qū)。這樣就要求車輛在直道上要非常的直，否則無法保證在一行黑線上會(huì)出現(xiàn)起跑線的圖形。 所以經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)只要識(shí)別單側(cè)的起跑線即可達(dá)到要求。既限制條件為：一塊起跑線黑區(qū)，加一塊正常黑區(qū)。再加上兩塊黑區(qū)之間的差值符合要求，即可判斷為起跑線。通過實(shí)驗(yàn)表明，此方法可行。在彎道出完后馬上遇見起跑線也可以完成識(shí)別。 完成了起跑線和正常黑線的提取，可以說基本完成了賽道數(shù)據(jù)的提取。接下來要做的就是在提取的數(shù)據(jù)中，計(jì)算出車輛與賽道的偏差。 表示車輛的偏差有很多種，我們采取的基本策略是：偏差 +賽道趨勢(shì) =最后偏差。我們下面將著重?cái)⑹鲑惻苴厔?shì)的判斷與偏差的選取。 （ 1） 賽道趨勢(shì)的判斷 我們可以大致把三道分為以下幾種情況： 。 。 s 彎與小 s 彎。 。 大彎通常指半徑 80 以上的彎道，這種彎道要求車輛可以保持很高的速度，并且可以以較小的舵機(jī)調(diào)整量通過。鑒于這樣通過特性，所以通常不 用刻意去識(shí)別。大可以當(dāng)做直道來跑。 急彎是比賽的要點(diǎn)和難點(diǎn)。并且急彎的類型比較多，有 u 型急彎， s型急彎，圓形急彎等。對(duì)于這種彎道的判斷方法，我們主要采用的是差值判斷。既 行 與 行 之 間 依 次 逐 差 。 例 如 一 組 直 道 數(shù) 據(jù) 為biao[27]={30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30,30}。逐差的結(jié)果就為 0，既可以判斷為直道。如果逐差的結(jié)果大于一個(gè)定值的話，既可以判斷為急彎道。 大 s 彎和小 s 彎的判斷相對(duì)復(fù)雜。在速度不達(dá)到一定情況之下，這個(gè)是沒有必要判斷的。但一旦車速上去以后，就會(huì)導(dǎo)致在 S 彎中超調(diào)，導(dǎo)致車輛的出軌。所以還是很有必要識(shí)別的。識(shí)別小 S 彎的方法和上面識(shí)別急彎的方法形同，也是用差值法進(jìn)行判斷，通常差值會(huì)很小（在線調(diào)試是找出這個(gè)閾值的很好方法）。而大 S 彎的識(shí)別就和攝像頭的視野有很大的關(guān)系了，倘若攝像頭無法看全整個(gè) S 彎的話，識(shí)別起來會(huì)很復(fù)雜。如果能看全的話，識(shí)別方法如同小 S彎。由于我們攝像頭的視野范圍所限和片內(nèi) A/D 的轉(zhuǎn)換能力所限，我們的視野是不能看全一個(gè) S 彎。所以我們 識(shí)別的方法是，差值判斷加上有效行判斷。通常在 S 彎中差值會(huì)很大，這樣就導(dǎo)致了賽車識(shí)別成彎道。但是 S 彎與普通彎道最大的不同既有效行數(shù)比普通彎道要多。我們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是普通彎道有效行數(shù)通常在 14 行以下，而 S 彎通常是全場(chǎng)圖像有效。通過這一個(gè)條件完成了 S 彎的識(shí)別。但是這樣的方法也是有缺點(diǎn)的。因?yàn)檐囕v在 S 彎的位置并不固定，所以有時(shí)候也會(huì)丟失很多黑線。所以該方法還是有待改進(jìn)的。 十字彎的識(shí)別與車輛入十字彎的位置很有關(guān)系，如果一個(gè) 50 半徑的彎馬上進(jìn)入十字彎的話。如果對(duì)十字彎無法良好識(shí)別的話，會(huì)導(dǎo)致車輛無法正常行駛。但考慮到實(shí)際比賽的時(shí)候，該種情況出現(xiàn)的情況不是很大。所以本車并沒有采取特定的十字彎識(shí)別策略，此處有待改進(jìn)。 （ 2）偏差的選取 在完成了賽道趨勢(shì)的識(shí)別以后，偏差的選取就可以依據(jù)賽道的趨勢(shì)來選取?；驹瓌t是直道用遠(yuǎn)處的偏差作為偏差，彎道的用進(jìn)出行作為偏差。 S 彎用全場(chǎng)的平均值的偏差作為參考。 控制策略 控制策略又可分為速度策略和轉(zhuǎn)向策 略。通過上文的敘述，基本上可以搭建出合適的轉(zhuǎn)向策略。下面主要介紹速度控制策略。 速度策略和轉(zhuǎn)向策略息息相關(guān)。倘若速度控制不合適的話，會(huì)導(dǎo)致入彎的時(shí)候調(diào)整量不夠，或者是低速入彎的時(shí)候調(diào)整量較大導(dǎo)致超調(diào)。 所以我們采取的是準(zhǔn)勻速策略。 既全部采用統(tǒng)一占空比。遇見彎道的時(shí)候，檢測(cè)當(dāng)前速度是否超過預(yù)定值，如果超過預(yù)定值采用零占空比減速。（因?yàn)槲覀兊碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，有電磁剎車的功能，所以在零 0 占空比是剎車效果較明顯）。該套策略基本上可以保證車輛的順利運(yùn)行。但缺點(diǎn)是出彎時(shí)加速點(diǎn)比較靠后，導(dǎo)致彎道 速度較慢。如果能較好的控制加速點(diǎn)，則可以更好的提高彎道速度。 第四章 程序開發(fā)和調(diào)試 好的開發(fā)和調(diào)試工具以及測(cè)試環(huán)境能夠加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高調(diào)試精度，減少工作量。本章將對(duì)開發(fā)和調(diào)試工具以及測(cè)試環(huán)境作相關(guān)說明。本車在開發(fā)和調(diào)試中所使用的開發(fā)環(huán)境為 Metrowerks公司的集成開發(fā)環(huán)境 Metrowerks Corewarrior 和與之配套使用的調(diào)試軟 hiwave，調(diào)試器為清華大學(xué)工程物理系開發(fā)的 BDM，輔助調(diào)試工具有電視機(jī)、刻度尺，串口調(diào)試軟件等。通過以上各軟件工具的配合使用，再加上良好的 測(cè)試環(huán)境，使得小車的開發(fā)和調(diào)試能夠順利而快速地完成。 軟件開發(fā)環(huán)境 CodeWarrior 是由 Metrowerks 公司提供的專門面向 Freescale 所有 MCU 與DSP 嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件工具。其中包括集成開發(fā)環(huán)境 IDE、處理器專家、全芯片仿真、可視化參數(shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理、 C 交叉