【正文】 兩排光電傳感器的信號(hào)線為 PORTP 口的 3 口。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 27為實(shí)現(xiàn)上述控制思想，我們采用不同的控制方法來控制小車的轉(zhuǎn)角和速度。在進(jìn)入彎道的時(shí)刻盡快減速，且角度的轉(zhuǎn)向要適合彎道的曲率，確保小車平滑地轉(zhuǎn)彎，并在彎道中保持恒速。為保證小車一直沿著黑色引導(dǎo)線快速行駛，系統(tǒng)主要的控制對(duì)象是小車的轉(zhuǎn)向和車速。不論左還是右彎道，電機(jī)都將減速。有了這兩個(gè)傳感器的保障，智能車可以在直道以最快速度前進(jìn)，并以盡可能快的速度通過彎道而又不沖出賽道。根據(jù)車長(zhǎng)的規(guī)定，我們讓賽車的兩個(gè)“觸角”距離后排傳感器約 7cm。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 26 “雙排+2”型傳感器布局受到昆蟲兩個(gè)觸角的啟發(fā)， “雙排+2”型的傳感器布局，就是在傳感器按照雙排排開的基礎(chǔ)上，在前排傳感器前端再加入兩個(gè)專門用于預(yù)測(cè)彎道的傳感器，這兩個(gè)傳感器主要控制電機(jī)減速，即：當(dāng)檢測(cè)到彎道時(shí)，實(shí)施逐漸減速策略(如圖 )?！D 雙排傳感器進(jìn)入彎道雙排傳感器布局的不足之處在于：由于布局在兩排上，控制算法的復(fù)雜程度有了很大的增加，判斷舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，往往需要上一次的檢測(cè)數(shù)據(jù)。圖 雙排傳感器布局雙排傳感器布局相對(duì)于“一”字型傳感器布局有了明顯的優(yōu)點(diǎn)。 雙排傳感器布局所謂雙排的傳感器布局，就是把多個(gè)傳感器按照兩排“一”字型排開(如圖)。智能車在彎道會(huì)突然減速，直道會(huì)突然加速，機(jī)械磨損較大。圖 “一”字型傳感器布局這種布局的優(yōu)點(diǎn)是常見且安裝方便?！耙弧弊中蛡鞲衅鞑季炙^“一”字型的傳感器布局，就是把多個(gè)傳感器按照“一”字排開(如圖 )?；谝陨峡紤]，我們以后都采用了經(jīng)驗(yàn)算法。模糊控制的主要原理是利用模糊控制理論，將傳感器的差值模糊化，模糊推理，反模糊化，繼而進(jìn)行判斷。經(jīng)驗(yàn)算法的主要原理是以中心傳感器為比較點(diǎn)，比較兩邊傳感器與中間傳感器的差值，用實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)做出判斷。 紅外傳感器布局傳感器的布局在智能車的設(shè)計(jì)中有著舉足輕重的作用，不同的布局結(jié)合有不同的算法。使用多個(gè)紅外接收管，按特定方式排列，通過分析各個(gè)紅接收管的輸出電壓，就能得到車相對(duì)于黑色引導(dǎo)線的橫向移。 // 舵機(jī)使能} 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁 245 軟件算法設(shè)計(jì) 光電接收管的輸出信號(hào)為連續(xù)的電壓信號(hào)，賽道偏白，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線被賽道反射，紅外接收管吸收到較多的紅外線，趨于導(dǎo)通，輸出的電平較高；引導(dǎo)線偏黑，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線大部分被引導(dǎo)線吸收，接收管收到的紅外線很少，趨于截止，輸出電平較低。PWMDTY5 = 0。 //Frequency=SA/300=10KHzPWMPER5 = 100。 PWMDTY01 =1430 。 // 位極性＝1 Duty＝High TimePWMCAE = 0x00。PWM4,5SA,PWM2,3SB。 // SB=B/2/150=20KHzPWMCLK = 0x3E。 // A=24M/1=24M,B=24/4=6MPWMSCLA =12。圖 是 PWM 初始化程序流程圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁 22圖 PWM 初始化流程圖具體程序如下：void pwminitial(void) {PWMCTL_CON01 = 1。因此，在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)大部分時(shí)間，紅外發(fā)射管不需要工作，只要在檢測(cè)瞬間發(fā)射紅外線即可。為了解決這個(gè)問題，本設(shè)計(jì)采用了脈沖發(fā)射/接收的方法。還有一個(gè) PWM 信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)路徑識(shí)別傳感器，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 14 對(duì)光電傳感器用于路徑識(shí)別，同時(shí)，為了提高檢測(cè)前瞻距離，需要加大紅外發(fā)射功率使得返回的紅外線的強(qiáng)度提高，來抑制外界環(huán)境光線的干擾。而舵機(jī)的脈沖范圍，它對(duì)應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，在設(shè)置時(shí)一方面應(yīng)考慮到舵機(jī)的極限位置；另一方面還要考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限。舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)于控制非常重要，一方面可以通過修改 PWM 周期獲得。PWM 模塊特點(diǎn)： 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 21? 8 個(gè)帶周期占空比可程控的 PWM 獨(dú)立通道? 4 個(gè)可程控選擇的時(shí)鐘源 ? 每個(gè) PWM 通道有專用的計(jì)數(shù)器 ? PWM 每個(gè)通道脈沖極性可以選擇 ? 每個(gè) PWM 通道可使能/禁止? 周期和占空比雙緩沖 ? 每個(gè)通道有中心對(duì)齊和邊緣對(duì)齊方式 ? 分辨率: 8 位(8 通道) ， 16 位(4 通道)? 帶中斷功能的緊急切斷 PWM 在本系統(tǒng)中主要用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)，一個(gè)是電機(jī)，另一個(gè)是舵機(jī)，而控制這兩個(gè)電機(jī)的 PWM 信號(hào)是經(jīng)過路徑識(shí)別和系統(tǒng)決策后給出的，這樣就能實(shí)現(xiàn)小車的循線跑。 //控制寄存器 5：從 0 通道開始的多道連續(xù)無符號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果右對(duì)齊方式 ATD1DIEN=0x00； //禁止數(shù)字輸出} PWM 模塊初始化PWM(Pulse Width Modulation)即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。 //控制寄存器 3：轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度為 8，F(xiàn)IFO 模式ATD1CTL4 = 0x83。 // 禁止數(shù)字輸入緩沖 ATD1CTL2 = 0xC0 。 //控制寄存器 4：8 位轉(zhuǎn)換精度，8 分頻ATD0CTL5 = 0xB0。 //控制寄存器 2：上電，標(biāo)志位快速清零，關(guān)中斷 ATD0CTL3 = 0x7C。ATD0CTL2 寄存器的 ADPU 置 1，因?yàn)?ADPU 是 AD 的電源開關(guān)，置 1 打開電源；把AFFC 置 1，這樣可使 ADC 上電，快速清零, 無等待模式, 禁止外部觸發(fā), 禁止中斷；ATD0CTL3 的 S1C 置 1，表示每個(gè)序列 1 次轉(zhuǎn)換, No FIFO, Freeze 模式下繼續(xù)轉(zhuǎn)換；ATD0CTL4 的 SRE8 置 1，這樣可實(shí)現(xiàn) 8 位精度,因?yàn)?ATDClock=[BusClock*]/[PRS+1]，其中 BusClock =24MHz，PRS=1, 所以分頻系數(shù)為 4，即 AD 時(shí)鐘為6MHz；最后執(zhí)行 ATD0DIEN=0x00，實(shí)現(xiàn)禁止數(shù)字輸入。通過此函數(shù)可直接設(shè)置串口的時(shí)鐘頻率、波特率。串口部分程序主要是初始化各寄存器，其中包括設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)格式、接受發(fā)送功能使能、設(shè)置接受模式等。使用串行通信接口 SCI(Serial Communication Interface)通信是計(jì)算機(jī)與人對(duì)話最傳統(tǒng)、最基本的方法，異步通信接口也成為通用異步接受器/發(fā)送器 UART(Universal Asynchronous Receiver/Tansmitter)。 0x08)){} //等待鎖相環(huán)穩(wěn)定 CLKSEL=CLKSEL_PLLSEL_MASK。 REFDV=1。而 SYNR=SYNR_VALUE，REFDV=REFDV_VALUE，SYNR、REFDV 就是寄存器中的對(duì)應(yīng)位。使得整個(gè)過程變得順暢,值,再配合現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試得到最終的最佳角度。我們的主要思路是:盡量使整個(gè)過程順暢并且安全。如果加入坡路，則應(yīng)適當(dāng)增大離地間隙。模型車的標(biāo)準(zhǔn)配置使用的是標(biāo)號(hào) 1 的配件。在固定后輪軸處可以通過變換卡圈來調(diào)整地盤后半部分的離地間隙。在獨(dú)立懸架下擺臂與地板之間可以通過增減墊片來調(diào)整地盤前半部分的離地間隙， 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 17墊片有 1mm 和 2mm 兩種規(guī)格。好的差速機(jī)構(gòu)，在電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度之間誤差很小，不會(huì)有遲滯或者過轉(zhuǎn)動(dòng)情況發(fā)生。差速器的特性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越高?以此次使用的后輪差速器為例，在過彎時(shí)，因外側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較小，輪速便較高；而內(nèi)側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較大，輪速便較低。當(dāng)車輛在正常的過彎行進(jìn)中 (假設(shè)：無轉(zhuǎn)向不足亦無轉(zhuǎn)向過度)，此時(shí) 4 個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速(輪速)皆不相同，依序?yàn)椋和鈧?cè)前輪＞外側(cè)后輪＞內(nèi)側(cè)前輪＞內(nèi)側(cè)后輪。前輪在滾動(dòng)時(shí)，其慣性力會(huì)自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當(dāng)，輪胎滾動(dòng)時(shí)的偏斜方向就會(huì)抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會(huì)減少。所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。所以事先將車輪校偏一個(gè)外八字角度，這個(gè)角度約在 1176。前輪外傾角對(duì)汽車的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉(zhuǎn)向自動(dòng)回正，保持直線行駛的功能。它使車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)恢復(fù)到原來的中間位置上。角度越大前輪自動(dòng)回正的作用就越強(qiáng)烈，但轉(zhuǎn)向時(shí)也越費(fèi)力，輪胎磨損增大；反之，角 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 16度越小前輪自動(dòng)回正的作用就越弱。前輪是轉(zhuǎn)向輪，它的安裝位置由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等 4 個(gè)項(xiàng)目決定，反映了轉(zhuǎn)向輪、主銷和前軸等三者在車架上的位置關(guān)系。為了盡可能降低轉(zhuǎn)向舵機(jī)負(fù)載，對(duì)前輪的安裝角度，即前輪定位進(jìn)行了調(diào)整。智能車使用的舵機(jī)型號(hào)為 Futaba S3010。舵機(jī)供電電壓為 6V，也可以由電池電壓 直接供電。 舵機(jī)接口一般采用三線連接方法，黑線為地線，紅線為電源線，另外一根為控制信號(hào)線。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)于它的控制可以使用開環(huán)控制。 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖 智能車舵機(jī)實(shí)物圖舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。電容C50 用于存儲(chǔ)能量并對(duì)通過電橋的電壓進(jìn)行濾波。而在沒有門信號(hào)電壓的情況下,它具有常規(guī)二極管的反向特性電阻 R1～R4 用于控制MOS 門的升降時(shí)間, 也有利于避免門電壓的振蕩, 門電壓的振蕩通常是與門電容處的連接線的平行電感所引起的。圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快, 通路電阻低和電壓門信號(hào)低, 適合于大電流和低電壓運(yùn)行。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由信號(hào)輸入電路、TD340 和 H 橋電路組成。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 14圖 智能車電機(jī)實(shí)物圖模型車在啟動(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)其他電路產(chǎn)生電磁干擾；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。將此信號(hào)再通過 CD40106 進(jìn)行整形，送入單片機(jī)中，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)車速的檢測(cè)。小車后輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光碼盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外光遇到法蘭盤的齒的時(shí)候，紅外光被遮擋，至紅外接收管接收不到發(fā)射管發(fā)射的紅外光，光電開關(guān)處于斷開狀態(tài)；而當(dāng)紅外光遇到間隙的時(shí)候，接收管便可接受到紅外光線，紅外光線處于導(dǎo)通狀態(tài)。光電編碼器的最大特點(diǎn)是非接觸式，此外還具有精度高、響應(yīng)快、可靠性高等特點(diǎn)。關(guān)于雙排傳感器的結(jié)構(gòu)以及其他幾種紅外傳感器的布局結(jié)構(gòu)我在第五章會(huì)有詳細(xì)介紹說明。對(duì)下面一排的紅外傳感器采用 TCRT5000即發(fā)射與接收一體化的紅外傳感器。相對(duì)于單排的光電管，雙排的可以更好的獲取道路的中心位置，同時(shí)還可以得到方向信息，本系統(tǒng)采用雙排分布來進(jìn)行道路信息采集。使相鄰的紅外發(fā)射/接收管交替工作。紅外管的供電電壓為 5V,由 LM2940 供電，供電電路如圖 ：、2A/h充電電池 LM2940 5VTPS7350 5V后輪電機(jī) 紅外發(fā)射接收 單片機(jī) 或 6V前輪舵機(jī) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁