【正文】 一致性檢測，以及在使用過程中，傳感器可能會被損壞，通過模型車開發(fā)平臺可以很方便的對整個系統(tǒng)的傳感器進行故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)問題所在。靜態(tài)調(diào)試也包括在整個系統(tǒng)設(shè)計完成之后，來調(diào)試舵機的轉(zhuǎn)向，來檢驗其性能是否達(dá)到設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，也可以對驅(qū)動電機進行調(diào)試，測試不同電池電壓情況下及不同PWM脈寬輸出時的電機速度特性，以及整個系統(tǒng)的聯(lián)級。系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)試是調(diào)試系統(tǒng)的重點，主要用來監(jiān)測智能模型車系統(tǒng)在不同控制策略及不同控制參數(shù)時的運行狀態(tài)。實時記錄各個電磁傳感器信號、車速信號、電池電壓信號、舵機轉(zhuǎn)向信號，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行綜合測試時，直線上行駛過程中小車不會出現(xiàn)圍繞中心銅線左右擺動的情況，能夠全速前進；在彎道時小車能夠及時進行轉(zhuǎn)向，并且沿著內(nèi)彎行駛，不會沖出賽道或者沿外圈行駛。 總結(jié)經(jīng)過四個月時間的準(zhǔn)備，我完成了計劃中所需完成的內(nèi)容?；仡櫛敬卧O(shè)計的主要內(nèi)容，從以下幾個方面進行一下總結(jié)。1）系統(tǒng)設(shè)計① 系統(tǒng)總體概述及主要部件的標(biāo)定從總體上對整個系統(tǒng)進行了相關(guān)的論述，主要說明系統(tǒng)的主要構(gòu)成模塊。通過對主要部件的標(biāo)定，以更為深入的了解各個系統(tǒng)及器件的特性，為后續(xù)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計及控制算法和控制策略的制定和選擇奠定基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)更加精確和可靠的設(shè)計。② 系統(tǒng)硬件設(shè)計在硬件設(shè)計過程中，按照先總體后局部的原則，即先按照要求從理論上進行分析、構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架，然后將系統(tǒng)局部化、具體化，分成幾個大的模塊進行設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括核心控制模塊、電源管理模塊、路徑識別、舵機控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、速度檢測模塊等模塊。每個模塊的設(shè)計都是經(jīng)過查閱資料、科學(xué)論證、方案驗證、電路設(shè) 塊的性能得以優(yōu)化和完善。③ 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計是基于相應(yīng)的硬件系統(tǒng)來進行設(shè)計的。軟件設(shè)計使用的是Metrowerks公司專門為freescale公司開發(fā)的CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境。對于路徑識別模塊設(shè)計了基于傳感器離散分布的連續(xù)路徑識別算法；對于速度檢測模塊應(yīng)用了編碼器；對于電機控制采用了PI控制算法，舵機采用PD控制算法。2）開發(fā)所遇到問題及分析解決在整個車模開發(fā)過程中，并不是一帆風(fēng)順的，期間遇到了各種軟硬件問題。在此，對一些重點問題進行一下說明。① 舵機響應(yīng)延時問題。大賽組委會所提供的轉(zhuǎn)向舵機，在實際賽道測試時，遇到了嚴(yán)重的響應(yīng)延時問題。由于賽車高速運行，控制算法頻率為50Hz，因此每20ms，就需向舵機發(fā)送一次控制命令。而參考舵機說明書，并通過實際測試，發(fā)現(xiàn)舵機響應(yīng)延時大于20ms，無法及時響應(yīng)控制命令。針對這一問題，采用如下措施：首先，加大舵機工作電壓，增加舵機抗負(fù)載能力。其次，增加力臂長度，以加快舵機響應(yīng)。在實際賽道測試中，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整算法參數(shù)，可以很好地彌補響應(yīng)延時。② 賽車彎道速度控制問題實際賽道測試發(fā)現(xiàn)，如果不控制賽車在彎道時的速度，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的問題。除了調(diào)整賽車機械結(jié)構(gòu)，只能通過彎道減速的辦法，實現(xiàn)平穩(wěn)順滑過彎。由于賽車沒有安裝剎車機構(gòu)，車輛減速只能依靠永磁電機特性和運動負(fù)載減速，因此賽車減速特性較差，需要預(yù)留足夠長的減速距離，完成入彎減速。③ 賽車實際速度獲取速度檢測是為了反饋小車當(dāng)前速度，了解當(dāng)前狀態(tài)并決定控制策略的一個環(huán)節(jié)。除了尋線傳感器獲取到的車身偏移量，賽車運行速度是車身運動控制算法中的重要參數(shù)。穩(wěn)定可靠的獲取當(dāng)前速度，對于賽車調(diào)試來說，具有相當(dāng)重要的意義。 展望通過對模型車系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)及研究，取得了一定的成果，但仍然有需要改進的地方，展望未來，在軟硬件方面可以進行更多的嘗試。因為實驗和摸索是提高成績的根本，只有經(jīng)過反復(fù)實驗才能得到可靠的算法。具體來說，還可以在以下幾方面繼續(xù)探索：1）小車機械性能方面。電機調(diào)速的精確控制，隨著比賽競爭的激烈，對車速的要求越來越高，因此，只有將車速控制更接近理論極限速度，從而要求對電機的控制更為精確。舵機在模型車相對高速運動時的轉(zhuǎn)向性能需要進一步進行優(yōu)化，隨著車速的提高，舵機在過彎的時候不能及時執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作，而導(dǎo)致模型車沖出賽道的情況，因此，提高舵機的響應(yīng)速度是有待解決的問題；模型車系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)需要作進一步的調(diào)整，模型車在相對高速運行時有時前輪會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，從而影響模型車的整體性能，因此需要從汽車?yán)碚摰慕嵌葋矸治鲕囕v重心分布、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各個機械結(jié)構(gòu)方面對模型車驅(qū)動及轉(zhuǎn)向性能的影響。2）硬件傳感器方面。目前，主要試過的路面檢測傳感器是電磁傳感器，賽車以檢測通以20KHZ、100mA的導(dǎo)線的電磁場為基礎(chǔ)，通過單片機采集到的磁感應(yīng)電壓信號，實現(xiàn)對賽車的轉(zhuǎn)向控制，進而識別賽道達(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的搭建，這對算法調(diào)試來說是很有意義的，但是性能仿真這一塊，由于缺乏精確的數(shù)學(xué)模型，只能對模型車系統(tǒng)性能進行初步的仿真.，仿真結(jié)果只能作為設(shè)計參考。致謝首先感謝張國軍老師，本設(shè)計是在張國軍老師的指導(dǎo)下完成的，從課題選擇到論文完成的整個過程，張老師對此傾注了心血。張老師嚴(yán)謹(jǐn)求實，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摯的謝意。其次，要向在設(shè)計中給過我?guī)椭椭更c的學(xué)長和同學(xué)表示感謝，是他們的幫助讓我取得了很大的進步，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我的支持。45參考文獻[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 譯文單片機單片機也被稱為微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(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)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(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，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機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位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端[1]的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(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上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機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。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、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。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機內(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器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來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)在用的全自動滾筒洗衣機、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。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機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，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、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，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 單片機誕生于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與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(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：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(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，將MCS51從單片微型計算機迅速發(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，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。 單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(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，專用單片機的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(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、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機廣泛應(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程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)