【正文】 一致性檢測(cè)，以及在使用過(guò)程中，傳感器可能會(huì)被損壞，通過(guò)模型車開發(fā)平臺(tái)可以很方便的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在。靜態(tài)調(diào)試也包括在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，來(lái)調(diào)試舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，來(lái)檢驗(yàn)其性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，也可以對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，測(cè)試不同電池電壓情況下及不同PWM脈寬輸出時(shí)的電機(jī)速度特性，以及整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)級(jí)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)試是調(diào)試系統(tǒng)的重點(diǎn)，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)智能模型車系統(tǒng)在不同控制策略及不同控制參數(shù)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)時(shí)記錄各個(gè)電磁傳感器信號(hào)、車速信號(hào)、電池電壓信號(hào)、舵機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)，以分析各種控制策略的好壞及控制參數(shù)的優(yōu)劣。智能小車在該跑道上進(jìn)行綜合測(cè)試時(shí)，直線上行駛過(guò)程中小車不會(huì)出現(xiàn)圍繞中心銅線左右擺動(dòng)的情況，能夠全速前進(jìn)；在彎道時(shí)小車能夠及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并且沿著內(nèi)彎行駛，不會(huì)沖出賽道或者沿外圈行駛。 總結(jié)經(jīng)過(guò)四個(gè)月時(shí)間的準(zhǔn)備，我完成了計(jì)劃中所需完成的內(nèi)容?；仡櫛敬卧O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行一下總結(jié)。1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)① 系統(tǒng)總體概述及主要部件的標(biāo)定從總體上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的論述，主要說(shuō)明系統(tǒng)的主要構(gòu)成模塊。通過(guò)對(duì)主要部件的標(biāo)定，以更為深入的了解各個(gè)系統(tǒng)及器件的特性，為后續(xù)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及控制算法和控制策略的制定和選擇奠定基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)更加精確和可靠的設(shè)計(jì)。② 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照先總體后局部的原則，即先按照要求從理論上進(jìn)行分析、構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架，然后將系統(tǒng)局部化、具體化，分成幾個(gè)大的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括核心控制模塊、電源管理模塊、路徑識(shí)別、舵機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、速度檢測(cè)模塊等模塊。每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都是經(jīng)過(guò)查閱資料、科學(xué)論證、方案驗(yàn)證、電路設(shè) 塊的性能得以優(yōu)化和完善。③ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是基于相應(yīng)的硬件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。軟件設(shè)計(jì)使用的是Metrowerks公司專門為freescale公司開發(fā)的CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境。對(duì)于路徑識(shí)別模塊設(shè)計(jì)了基于傳感器離散分布的連續(xù)路徑識(shí)別算法；對(duì)于速度檢測(cè)模塊應(yīng)用了編碼器；對(duì)于電機(jī)控制采用了PI控制算法，舵機(jī)采用PD控制算法。2）開發(fā)所遇到問題及分析解決在整個(gè)車模開發(fā)過(guò)程中，并不是一帆風(fēng)順的，期間遇到了各種軟硬件問題。在此，對(duì)一些重點(diǎn)問題進(jìn)行一下說(shuō)明。① 舵機(jī)響應(yīng)延時(shí)問題。大賽組委會(huì)所提供的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，在實(shí)際賽道測(cè)試時(shí)，遇到了嚴(yán)重的響應(yīng)延時(shí)問題。由于賽車高速運(yùn)行，控制算法頻率為50Hz，因此每20ms，就需向舵機(jī)發(fā)送一次控制命令。而參考舵機(jī)說(shuō)明書，并通過(guò)實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)舵機(jī)響應(yīng)延時(shí)大于20ms，無(wú)法及時(shí)響應(yīng)控制命令。針對(duì)這一問題，采用如下措施：首先，加大舵機(jī)工作電壓，增加舵機(jī)抗負(fù)載能力。其次，增加力臂長(zhǎng)度，以加快舵機(jī)響應(yīng)。在實(shí)際賽道測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整算法參數(shù)，可以很好地彌補(bǔ)響應(yīng)延時(shí)。② 賽車彎道速度控制問題實(shí)際賽道測(cè)試發(fā)現(xiàn)，如果不控制賽車在彎道時(shí)的速度，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的問題。除了調(diào)整賽車機(jī)械結(jié)構(gòu)，只能通過(guò)彎道減速的辦法，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)順滑過(guò)彎。由于賽車沒有安裝剎車機(jī)構(gòu)，車輛減速只能依靠永磁電機(jī)特性和運(yùn)動(dòng)負(fù)載減速，因此賽車減速特性較差，需要預(yù)留足夠長(zhǎng)的減速距離，完成入彎減速。③ 賽車實(shí)際速度獲取速度檢測(cè)是為了反饋小車當(dāng)前速度，了解當(dāng)前狀態(tài)并決定控制策略的一個(gè)環(huán)節(jié)。除了尋線傳感器獲取到的車身偏移量，賽車運(yùn)行速度是車身運(yùn)動(dòng)控制算法中的重要參數(shù)。穩(wěn)定可靠的獲取當(dāng)前速度，對(duì)于賽車調(diào)試來(lái)說(shuō)，具有相當(dāng)重要的意義。 展望通過(guò)對(duì)模型車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)及研究，取得了一定的成果，但仍然有需要改進(jìn)的地方，展望未來(lái)，在軟硬件方面可以進(jìn)行更多的嘗試。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)和摸索是提高成績(jī)的根本，只有經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能得到可靠的算法。具體來(lái)說(shuō)，還可以在以下幾方面繼續(xù)探索：1）小車機(jī)械性能方面。電機(jī)調(diào)速的精確控制，隨著比賽競(jìng)爭(zhēng)的激烈，對(duì)車速的要求越來(lái)越高，因此，只有將車速控制更接近理論極限速度，從而要求對(duì)電機(jī)的控制更為精確。舵機(jī)在模型車相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向性能需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，隨著車速的提高，舵機(jī)在過(guò)彎的時(shí)候不能及時(shí)執(zhí)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作，而導(dǎo)致模型車沖出賽道的情況，因此，提高舵機(jī)的響應(yīng)速度是有待解決的問題；模型車系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要作進(jìn)一步的調(diào)整，模型車在相對(duì)高速運(yùn)行時(shí)有時(shí)前輪會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，從而影響模型車的整體性能，因此需要從汽車?yán)碚摰慕嵌葋?lái)分析車輛重心分布、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)方面對(duì)模型車驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向性能的影響。2）硬件傳感器方面。目前，主要試過(guò)的路面檢測(cè)傳感器是電磁傳感器，賽車以檢測(cè)通以20KHZ、100mA的導(dǎo)線的電磁場(chǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)單片機(jī)采集到的磁感應(yīng)電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)賽車的轉(zhuǎn)向控制，進(jìn)而識(shí)別賽道達(dá)到路徑尋跡的目的。3）軟件控制算法方面。首先，可以繼續(xù)在模糊控制算法上進(jìn)行深入，也可以引入記憶算法的研究。其次，還可以考慮仿真平臺(tái)的搭建，這對(duì)算法調(diào)試來(lái)說(shuō)是很有意義的，但是性能仿真這一塊，由于缺乏精確的數(shù)學(xué)模型，只能對(duì)模型車系統(tǒng)性能進(jìn)行初步的仿真.，仿真結(jié)果只能作為設(shè)計(jì)參考。致謝首先感謝張國(guó)軍老師，本設(shè)計(jì)是在張國(guó)軍老師的指導(dǎo)下完成的，從課題選擇到論文完成的整個(gè)過(guò)程，張老師對(duì)此傾注了心血。張老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，敢于探索的治學(xué)態(tài)度，認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，不但使本人的專業(yè)知識(shí)水平有很大的提高，而且為人方面也收益菲淺，這里特別向張老師致以誠(chéng)摯的謝意。其次，要向在設(shè)計(jì)中給過(guò)我?guī)椭椭更c(diǎn)的學(xué)長(zhǎng)和同學(xué)表示感謝，是他們的幫助讓我取得了很大的進(jìn)步，是我收獲了很多。最后，還要感謝我的家人，感謝他們的默默付出和對(duì)我的支持。45參考文獻(xiàn)[1][J]..[2][D].東北大學(xué),2009.[3]張茜,楊旭海,[J].電子元器件應(yīng)用,2012,(Z1):1216.[4]高金源,[M]..[5]擺玉龍,楊利君,[J].測(cè)控技術(shù),2011,(11):5964.[6][D].天津工業(yè)大學(xué),2007.[7][J].. 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Mizumoto PID type fuzzy controller and parameters adaptive method, Fuzzy Sets and Systems, no. 78, 1996.附錄A 譯文單片機(jī)單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端[1]的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有12部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò)10元即可......用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤來(lái)講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。 可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。 （Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。 （Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)