【正文】 的輸入端利用穩(wěn)壓源產(chǎn)生 0～+5V 的電壓，觀察 中 memory窗口中各個寄存器的值。在編寫主程序前，應(yīng)該先對各模塊分別進行調(diào)試，編寫各個部分的子程序。 軟硬件調(diào)試首先對設(shè)計的電源電路、采樣電路、直流電機驅(qū)動電路等硬件電路板進行調(diào)試。23第五章 智能車的調(diào)試在智能車調(diào)試的過程中主要采用的開發(fā)工具是清華大學(xué)開發(fā)的 BDM for S12，調(diào)試軟件采用了 和 ，以及數(shù)字示波器、萬用表等試驗設(shè)備。聲明為外部函數(shù)的指令，全部放在頭文件 中，以免造成混亂 【14】 。這樣調(diào)試和修改都比較方便。如開中斷、系統(tǒng)的初始化等。因為其編程簡單、程序代碼相對匯編語言要少、可讀性和移植性強、便于子程序調(diào)試、易于修改程序、函數(shù)庫豐富等許多優(yōu)點。 智能車的主程序及部分子程序流程如圖 ，圖 ，圖 所示。 為了解決該問題，可以對返回來的 Turnflag 值按從小到大排序，如果前后兩次返回的 Turnflag 值大于某一值（如 6，如果值太大，可能不起作用；若太小，可能丟失正常的有用信息）時，認為這是干擾信息，不進行轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速調(diào)整。尤其是在檢測到小縫時，傳感器的輸出與檢測到黑線的輸出電壓相近。 抗干擾措施在調(diào)試的過程中，智能車還會受到很多外界因素的干擾，尤其是在自制的跑道上。根據(jù)傳感器的設(shè)計和彎道的大小，最多只有兩個傳感器檢測到黑線，即_result[7]數(shù)組中，最多只會出現(xiàn) 2 個 0，根據(jù)這個特點，可以認為當(dāng)該數(shù)組中出現(xiàn) 3 個或 3 個以上的 0 時，傳感器采樣到了交叉線，那么對該次采樣的數(shù)據(jù)，不做任何處理，小車也不做任何調(diào)整。因此，有必要對該情況進行判別。調(diào)試時，可以將其設(shè)為 90。N 值設(shè)的不宜過大，否則就起不到什么在作用。在這連續(xù) N 次過程中，設(shè)定一個計數(shù)變量，Turnflag 值每等于一次最中間 3 個傳感器對應(yīng)的返回值時，計數(shù)變量加 1，直到等于設(shè)定的 N 值，對計數(shù)變量清 0，進行一次減速，然后以正常的速度行駛。對采樣得到的路面信息，進行分析后，得到一個返回值，將該值賦給 Turnflag 變量，Turnflag 值是從 0 到 17，每個 Turnflag 值都對應(yīng)著小車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)的角度。解決該問題，最主要的是判斷出小車是否行駛在直道上。當(dāng)智能車的速度過大時，即使其有短暫的剎車，但由于慣性的作用智能車還是會以很高的速度沖出跑道，尤其是從較長的直道進入彎道時。黑線在小車最中間時，小車速度最快。因此，考慮到舵機的轉(zhuǎn)向時間，在智能車進入彎道時，舵機打完角度后，必須首先對智能車進行減速，這樣可以限制智能車的速度。各傳感器對應(yīng)角度表見表 。1 號傳感器也可以這樣處理。 并且 5 號和 6 號，0號和 1 號傳感器之間距離為 25cm，當(dāng)黑線從左往右進入到 5 號傳感器后，要經(jīng)過較大距離后才能進入到 6 號傳感器，0 號和 1 號傳感器也是如此，中間跨度太大。這樣，依靠算法獲得了更多的角度，相當(dāng)于間接地增加了傳感器的個數(shù)。加上黑線移動方向這個條件，每個傳感器檢測到的信息在由白色變?yōu)楹谏珪r，就對應(yīng)了兩個角度。在上次數(shù)組_result[7]中，可以檢測到 0 處于幾號傳感器對應(yīng)的位置，將該值保存起來，然后將本次得到的_result[7]里的 0 處于幾號傳感器對應(yīng)的位置也可以保存起來。所以判斷出黑線移動的方向十分重要。對這兩種情況，黑線相對該傳感器的位置是有較大差別的，因此小車的轉(zhuǎn)角也應(yīng)該不一樣。但如果在算法上進行優(yōu)化和改進，可以彌補傳感器少的弊端。受微控制器 A/D轉(zhuǎn)換通道數(shù)量的限制，在輔助電路板上只安裝了 7 個傳感器。然后進行分析，控制小車的轉(zhuǎn)向和速度。如元素0 對應(yīng)著 0 號傳感器的信息，元素 1 對應(yīng) 6 號傳感器的信息。優(yōu)先級依次為 0、3 號傳感器。針對此種情況，可以對傳感器進行優(yōu)先級的設(shè)定。在判斷是否需要轉(zhuǎn)向時，主要是依據(jù)傳感器對應(yīng)的信號是否從 1 變?yōu)?0。小車行駛到彎道時，尤其小車速度較快時，舵機需要快速反應(yīng)。 傳感器優(yōu)先級的設(shè)定7 個傳感器在輔助電路板的前端一字排開。即使這樣，采樣白色時得到的值也遠大于 black_value 值，充分保證了判斷黑線和白色時的準確性。進行二值化處理后便于對數(shù)據(jù)進行分析。將傳感器的輸出進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換值保存到一個一維數(shù)組里，然后對數(shù)據(jù)進行二值化處理，即當(dāng)某個數(shù)據(jù)小于一個值(記為 black_value)時，認為相應(yīng)的傳感器檢測到的是黑線，記為0，否則檢測到的就是白線，記為 1。傳感器是放在同一高度的，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)在發(fā)射管上的電位器，可以調(diào)節(jié)發(fā)射管的發(fā)射功率，從而可以使傳感器在照到白色跑道上時的電壓輸出保持在一定值左右。經(jīng)過多方面的考慮和反復(fù)的實驗，在程序設(shè)計中，主要采用了以下一些算法。 算法說明本次比賽要求小車能夠自主識別路線，按照設(shè)定的軌跡行走，在不沖出跑道的前提下追求速度。在 界面完成編譯后，通過清華大學(xué) Freescale MCU/DSP 應(yīng)用開發(fā)研究中心開發(fā)的 BDM FOR S12 工具，在 環(huán)境下，向 MC9S12EVKC 模塊下載程序。15第四章 軟件設(shè)計 HCS12 控制軟件主要理論智能車開發(fā)環(huán)境采用飛思卡爾 HCS12 系列微控制器開發(fā)軟件。舵機的控制信號為周期是 20ms 的脈寬調(diào)制信號，其中脈沖寬度范圍為1ms～2ms，由于舵機和智能車機械方面的限制，舵機左右旋轉(zhuǎn)的最大角度可達38 度。智能車舵機的轉(zhuǎn)向是由脈寬調(diào)制來控制的，當(dāng)紅外傳感器檢測到信號滿足舵機脈沖占空比的要求時，舵機就會使前輪轉(zhuǎn)動一定的角度，7 個紅外傳感器在智能車前對稱排開。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中最重要的部分是舵機。最邊上的傳感器檢測到黑線時，說明小車偏離黑線已經(jīng)較遠，需要轉(zhuǎn)一個大角度才能糾正小車的方向。因此，在該小車上，安裝了 7 個相同的傳感器，對稱排列，用來檢測小車偏離黑線的第一屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告12程度，然后控制小車的轉(zhuǎn)向及角度。傳感器輸出端并聯(lián)的電容，可以減少干擾。當(dāng)電位器電阻值較小時，相應(yīng)的發(fā)射功率會較強，在同一高度，照到同一材料上時，輸出電壓相對會較大。電路如圖 所示 【12】 【13】 。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換值很小時，可以認為檢測到的是黑線，否則，當(dāng)大于某一值時，則認為檢測到的是白色跑道。當(dāng)發(fā)射管發(fā)射的紅外線遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生大量漫反射，被反射回來的紅外線被接收管接收，輸出一定電壓值；如果遇到黑線則紅外光被大量吸收，接收管接收到紅外光較弱，輸出的電壓很小。當(dāng)單片機輸出一定的占空比的 PWM 信號，電機就會向一個方向旋轉(zhuǎn)，調(diào)整好電機的兩個輸入端，就可以驅(qū)動小車前進；當(dāng)單片機輸出占空比為 0 的 PWM信號時，電動機兩端的電壓為 0V，智能車就只能靠慣性滑行一小段距離，這樣同樣也可以降低智能車的速度，起到了減速的作用。使用該接法后， MC33886 工作時間再長，也只有輕微發(fā)熱。嚴重時， MC33886 甚至?xí)霈F(xiàn)過溫保護，無 PWM 信號輸出。因此，將電機一端接地，另一端接輸出，只需一路輸入和輸出就可以實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速控制。通過 MC33886 的第三章 智能車硬件電路設(shè)計11兩個輸出端口，就能實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速控制，方向控制以及制動等。+ 33nf + 47ufMC33886AGNDOUT1PGNDIN2IN1FSD1CapV+D2OUT2+5V+5VPWM7A + DC MOTOR 圖 H 橋驅(qū)動電路圖其中 DD2 是 MC33886 的使能端，ININ2 為輸入端，OUTOUT2 為其輸出端。由于單片機輸出的脈寬無法驅(qū)動大賽提供的直流電機，因此需要通過驅(qū)動電路才能驅(qū)動電機，設(shè)計中采用大賽組委會提供的 MC33886 芯片 [10]。實踐證明，該方法在小車的調(diào)試階段十分有效。因此，設(shè)計了一個電池電壓采樣電路，電路如圖 。同時，為了使芯片穩(wěn)定工作，減少傳感器輸出信號的毛刺，消除干擾，在穩(wěn)壓片的輸入端和輸出端均并聯(lián)了一個電容。在此次設(shè)計中，最先選用了常用的 7805，但發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池電壓下降到 時，單片機工作就不穩(wěn)定，其主要原因就是 7805 的管壓降較大，達。單片機和傳感器的工作電壓為+5V，而電池電壓最高時將近 8V。電池不僅提供智能車的前進動力，而且智能車所用到的所有芯片均由電池供電。對輔助電路板上需要連接到系統(tǒng)電路板的導(dǎo)線末端焊上了相應(yīng)的插針，可以直接插在系統(tǒng)電路板的插槽上。另外還在智能車的前端安置了三個用細鋼絲彎成的保護裝置，既將細鋼絲做成 U 字型，再將 U 字型的鋼絲彎成一個向前傾的小角度固定在電路板的最前端，保護了安裝在電路板最前端的傳感器，形成類似真車的保險杠一樣的防護部分，當(dāng)小車碰到障礙物時，首先碰到的是智能車的“保險杠” ， 起到在智能車脫離跑道之后保護智能車及防止傳感器被撞壞的作用。各個電路部分對稱布置，比較美觀。MC33886 放置在電路板的右邊，而穩(wěn)壓電路部分和電池電壓采樣電路部分放置在左邊。在使用過程中， MC33886 只有輕微發(fā)熱，效果十分理想。我們采取了將 MC33886 底部朝上，用粗鋼絲彎成兩個連在一起的圓圈，并焊接到散熱片上， MC33886 被固定在兩個小鋼圈壓和散熱片之間， MC33886 芯片底部的銅片直接與鋼圈相接觸，芯片的背面與散熱片接觸。 MC33886 在工作過程時5會發(fā)熱，為使該芯片能長時間工作，十分有必要給 MC33886 附加一個散熱片。布置在穩(wěn)壓片附近。為了防止由于發(fā)熱過于嚴重而燒壞或影響系統(tǒng)的正常工作，我們在穩(wěn)壓片上增加了一個散熱片。所有傳感器距地面的高度均為，傳感器距前輪的距離最短為 而其它距智能車前輪的距離為。傳感器安裝的時候考慮到小車車身和車長的限制、賽道的寬度、電路板的寬度以及傳感器檢測的有效范圍，傳感器的安裝如圖 所示。為了使傳感器探測得更遠，將傳感器布置在電路板的最前端，在中間用一個用于正舵的傳感器，其它六個傳感器分別對稱放置在其兩端用于智能車的轉(zhuǎn)向和軌跡的糾錯。 輔助電路板的設(shè)計安裝 輔助電路板上主要集成了電源穩(wěn)壓電路、路面檢測電路、電池電壓檢測電路、直流電機驅(qū)動電路及一些相關(guān)接口。針對這個問題，將車模減震裝置上黃色墊片從下面移到上面，改造后，十分有效地解決了該弊端。結(jié)果表明，小車比改造前的最大轉(zhuǎn)向半徑增加了 分米。在調(diào)試過程中，由于智能車本身的機械構(gòu)造方面的限制，智能車的最大轉(zhuǎn)角不是很大，由于前輪連桿對前輪內(nèi)圈的阻擋，在達到一定角度時，就無法再增大角度。最小系統(tǒng)電路板的安裝主要是由車模上輔助的三個支架配合一些固定用的細鐵絲來將其固定在電池的正上方。智能車的安裝包括電池部分的安裝、最小系統(tǒng)電路板的安裝、舵機的安裝以及輔助電路板的安裝。附錄中包括程序清單，硬件電路圖及研究論文。 技術(shù)報告內(nèi)容本技術(shù)報告共分六章。4．轉(zhuǎn)向電路部分智能車轉(zhuǎn)向電路主要采用了大賽給定的舵機，通過用單片機內(nèi)部的 PWM 控制其實現(xiàn)智能車的轉(zhuǎn)向。2．驅(qū)動電路部分在智能車的驅(qū)動電路部分，由于單片機內(nèi)部可以進行 PWM 波的輸出，通過利用 PWM 技術(shù)及輔助的驅(qū)動芯片對驅(qū)動直流電動機進行驅(qū)動和制動 【4】 。由于能量損耗使電源電壓存在一定的不確定性。設(shè)計了電源部分、驅(qū)動電機部分、檢測電路部分以及轉(zhuǎn)向電路等部分。此外，由于能量損耗使電源電壓存在一定的不確定性，對此，選取一路 ATD 通道，對電源電壓實時檢測，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性 【5】 。在行駛方向判斷方面通過所設(shè)計的控制策略實現(xiàn)對左右轉(zhuǎn)向的準確控制。借助大賽組委會提供的設(shè)備，以Freescale 單片機 MC9S12DG128B 為控制核心，利用其內(nèi)部的 PWM（Pulse Width Modulation）模塊輸出 PWM 波 【1】 ，通過 H 橋驅(qū)動芯片來驅(qū)動智能車。I “飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技 術(shù) 報 告附錄 C 基于紅外反射式傳感器的賽道檢測方法的研究II關(guān)于技術(shù)報告和研究論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請賽關(guān)保留、使用技術(shù)報告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、技術(shù)報告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。參賽隊員簽名：陳軍 劉潤 閆繼杰 帶隊教師簽名： 李慧 日 期：2022 年 8 月 10 日III目 錄第一章 引 言 ........................................................................................................................1 智能車整體設(shè)計思路 .........................................................................................................1 技術(shù)方案概要 .....................................................................................................................1 技術(shù)報告內(nèi)容 .............................................................................