【正文】 電路33附錄二：程序源代碼受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201 號文)，高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽，他以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽。參賽隊(duì)伍之名次（成績）由賽車現(xiàn)場成功完成賽道比賽時(shí)間為主，技術(shù)方案及制作工程質(zhì)量評分為輔來決定。在總結(jié)了往屆的經(jīng)驗(yàn)和不足后，我們在此基礎(chǔ)上重新備戰(zhàn)第八屆大賽。在已經(jīng)成熟的技術(shù)上做的更加完善和穩(wěn)定，并對車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，使賽車在穩(wěn)定的前提下能夠更快的完成比賽。(1) MK60DN512ZVLQ10單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)接收賽道圖像數(shù)據(jù)，賽車速度等反饋信息，并對這些信息進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，形成合適的控制量來對舵機(jī)與驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制。(4)電機(jī)驅(qū)動模塊，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。(6)電源管理模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。MCU賽道信息速度信息電機(jī)控制舵機(jī)控制輔助調(diào)試 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 智能車軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件對于賽車來說是最基礎(chǔ)的部分，軟件算法則是賽車的核心部分。賽車的軟件算法相當(dāng)于人的思想。所以軟件系統(tǒng)對于賽車來說至關(guān)重要。然后K60 利用邊緣檢測方法從圖像數(shù)據(jù)中提取賽道黑線，求得賽車于黑線位置的偏差，接著采用PID 方法對舵機(jī)進(jìn)行反饋控制，并在PID算法的基礎(chǔ)上，整合加入模糊控制算法，有利于對小車系統(tǒng)的非線性特性因素的控制。 系統(tǒng)的軟件方框圖 本章小結(jié)本章主要介紹了大賽的背景和賽車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概述，硬件，軟件和機(jī)械部分的有效融合是賽車能否跑出好成績的關(guān)鍵因素。 28 第三章 硬件設(shè)計(jì) 第二章 賽車機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹和改進(jìn)本屆比賽使用的是B型車模，并且采用反向行駛的方式，因此在原有車模基本調(diào)整(如前后輪調(diào)整，重心調(diào)整，傳動調(diào)整等)的基礎(chǔ)上，要想使車能夠更快的行駛就必須對其本身的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改進(jìn)和優(yōu)化，尤其是各部分的差速的調(diào)整，更成為車模機(jī)械好壞的重要部分。車輪定位的作用是使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛和轉(zhuǎn)向輕便，并減少汽車在行駛中輪胎和轉(zhuǎn)向機(jī)件的磨損。當(dāng)車輪以主銷為中心回轉(zhuǎn)時(shí)，車輪的最低點(diǎn)將陷入路面以下，但實(shí)際上車輪下邊緣不可能陷入路面以下，而是將轉(zhuǎn)向車輪連同整個(gè)汽車前部向上抬起一個(gè)相應(yīng)的高度，這樣汽車本身的重力有使轉(zhuǎn)向車輪回復(fù)到原來中間位置的因而舵機(jī)復(fù)位容易。但主銷內(nèi)傾角也不宜過大，否則加速了輪胎的磨損。設(shè)置主銷后傾角后，主銷中心線的接地點(diǎn)與車輪中心的地面投影點(diǎn)之間產(chǎn)生距離(稱作主銷縱傾移距，與自行車的前輪叉梁向后傾斜的原理相同)，使車輪的接地點(diǎn)位于轉(zhuǎn)向主銷延長線的后端，車輪就靠行駛中的滾動阻力被向后拉，使車輪的方向自然朝向行駛方向。主銷縱傾移距過大，會使舵機(jī)沉重，而且由于路面干擾而加劇車輪的前后顛簸。前輪外傾角對汽車的轉(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。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。（4）腳尖向內(nèi)，所謂“內(nèi)八字腳”的意思，指的是左右前輪分別向內(nèi)。如前所述，由于有外傾，舵機(jī)轉(zhuǎn)向變得容易。 舵機(jī)安裝舵機(jī)轉(zhuǎn)向是整個(gè)控制系統(tǒng)中延遲較大的一個(gè)環(huán)節(jié)，為了減小此時(shí)間常數(shù)，通過改變舵機(jī)的安裝位置，而并非改變舵機(jī)本身結(jié)構(gòu)的方法可以提高舵機(jī)的響應(yīng)速度。這相當(dāng)于增大力臂長度，提高線速度。 驅(qū)動輪調(diào)整差速機(jī)構(gòu)的作用是在車模轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，降低后輪與地面之間的滑動；并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機(jī)。此次所使用車模配備的是后輪差速機(jī)構(gòu)。后輪差速的調(diào)整主要是調(diào)整差速器中差速齒輪的咬合程度，差速的松緊與自己所要求的速度相匹配，已達(dá)到自己想要的狀態(tài)。重心調(diào)整主要包括重心高度和前后位置的調(diào)整。因此除了攝像頭裝得稍高以外，其他各個(gè)部件的安裝高度都很低。根據(jù)車輛運(yùn)動學(xué)理論，車身重心前移，會增加轉(zhuǎn)向，但降低轉(zhuǎn)向的靈敏度（因?yàn)榇蟛糠种亓繅涸谇拜?，轉(zhuǎn)向負(fù)載增大），同時(shí)降低后輪的抓地力，影響加減速性能；重心后移，會減少轉(zhuǎn)向，但增大轉(zhuǎn)向靈敏度，后輪抓地力也會增加，提高加減速性能。今年我們賽車在車體中心位置上有了很大改革，將攝像頭安裝在車體靠后位置，這樣使得賽車的重心后移，極大地增加了賽車的轉(zhuǎn)向靈活度。這主要跟所用的電路大小等有關(guān)，其中驅(qū)動電機(jī)的螺絲一定要上緊，并要經(jīng)常檢查，一旦在行駛中松動就會造成零件的損壞。 本章小結(jié)本章主要介紹了賽車各個(gè)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)?？偠灾?，調(diào)整舵機(jī)安裝時(shí)以最大相應(yīng)速度、較低負(fù)載為目標(biāo)，至于放置位置則根據(jù)整車的重心調(diào)整決定，前輪和后輪差速則需在轉(zhuǎn)彎性能和加減速性能之間權(quán)衡，齒輪傳動機(jī)構(gòu)和速度傳感器安裝則以較低的電機(jī)負(fù)載和適當(dāng)?shù)凝X輪嚙合度為目標(biāo)，除了以上部分的調(diào)整外，還可對主懸架彈簧松緊和底盤高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過增加避震彈簧的剛性、降低底盤高度、調(diào)整齒輪間隙，改善了賽車的行駛表現(xiàn)。第三章 硬件設(shè)計(jì) 電源設(shè)計(jì)小車電源系統(tǒng)如下圖所示。若使用 USB 攝像頭，雖然價(jià)格低廉，但是需要增加 USB 接口芯片，并需要 充分了解其內(nèi)部協(xié)議，增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。若使用模擬輸出的攝像頭，可采用專用的視頻處理芯片對信號進(jìn)行數(shù)字化。可以使 用專用的視頻 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 XRD4460A，對模擬信號進(jìn)行采集。使用模擬攝像頭帶 來的問題是需要增加額外的硬件電路，容易受外界的干擾，因而對電路設(shè)計(jì)的 要求也相對高一些若使用數(shù)轉(zhuǎn)換，直接輸出量化的圖像信號，不需要再增加額外的硬件設(shè)備，簡化了字輸出的攝像頭，則可以由感光芯片中的處理器預(yù)先進(jìn)行 A/D硬件設(shè) 計(jì)，減輕了重量，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。綜合上面的分析，市場上的攝像頭不能滿足我們的需求，因此我們自行研發(fā)一款攝像頭，如下圖所示。 所示。DSP 利用幀 同步信號和行同步信號進(jìn)行同步，然后對圖像信號進(jìn)行采集。因而隨著距離的增加，賽 道分析結(jié)果的可靠性也會逐漸降低。通過示波器觀察，由于電機(jī)啟動時(shí)瞬間流過 大電流，會導(dǎo)致電池電壓瞬間被拉低，穩(wěn)壓模塊可能不能輸出穩(wěn)定的電壓，所 以穩(wěn)壓芯片采用低壓差的穩(wěn)壓芯片 TPS7350，將 TPS7350 配置成不同的輸出即可 得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖 電源 所示為 轉(zhuǎn) 6V 的線性穩(wěn)壓模塊，用來給舵機(jī)供電。圖 穩(wěn)壓模塊 電機(jī)驅(qū)動電路為了保證驅(qū)動電路的性能，提高設(shè)計(jì)的可靠性，我們選用了在比賽中使用 較多的 BTS7960 電機(jī)驅(qū)動芯片。使用 2 片 BTS7960 可以組成一個(gè) H 橋。圖 BTS7960 芯片框圖電機(jī)驅(qū)動電路如下圖所示。電源使用較粗的導(dǎo)第五章 開發(fā)與調(diào)試 線連接 T 形插頭引入，因此可以有效防止電源接反。 速度測量模塊為了使得賽車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，需要控制車速，使賽車在急轉(zhuǎn)彎時(shí)速度不至過快而沖出賽道。這些因素會造成賽車運(yùn)行不穩(wěn)定。 車速檢測的方式有很多種，例如用測速發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)角編碼盤、反射式光電檢測、透射式光電檢測和霍爾傳感器檢測。它由512V的直流供電，速度傳感器用螺釘固定在塑料片上，塑料片固定在后輪支架上，這樣固定好之后，就有了較高的穩(wěn)定性。這樣能夠很好的穩(wěn)定工作，且能很準(zhǔn)確的得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，比較可靠。硬件設(shè)計(jì)以穩(wěn)定為主，特別是核心控制板，因?yàn)闉榱艘岣咧噶顖?zhí)行速度，單片機(jī)是通過鎖相環(huán)超頻使用，所以時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免電磁干擾。其中 FRAME_VALID 為幀同步信號， LINE_VALID 為行同步信號，DOUT(9:0)為圖像信號。 具體采集過程主要如下。（2）當(dāng)行同步信號來臨時(shí)，產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷子程進(jìn)行圖像信號的