智能車競賽專題培訓(xùn).ppt

智能車競賽專題培訓(xùn),賽車的意義 汽車及車模簡介 電池使用方法 賽道及比賽規(guī)則 研究項目介紹 關(guān)于電機驅(qū)動 關(guān)于舵機驅(qū)動 關(guān)于賽道檢測方式 最佳路線問題 飛斯卡爾單片機介紹 軟硬件設(shè)計注意事項 工程化方法與團隊精神 答疑時間,賽車的意義,該競賽與教育部已舉辦的數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計、機械設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計4大專業(yè)競賽不同，是以迅猛發(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、計算機、機械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽。 引導(dǎo)和激勵學(xué)生實事求是、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新、多出成果、提高素質(zhì)，發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在學(xué)術(shù)科技上有作為、有潛力的優(yōu)秀人才。,汽車及車模簡介,二通道遙控賽車車模,車模調(diào)校的主要參數(shù) 后傾角 外傾角 前束 減震彈簧預(yù)緊力,電池使用方法,參數(shù)：,電壓：1.26=7.2 v 容量：2000mAh,放電曲線（在3A的大電流放電條件下得到的結(jié)果）,電池使用方法,正確充電：,推薦使用比賽選配的充電器。該充電器是為玩具電池設(shè)計的廉價的充電器，內(nèi)部沒有智能充電控制電路，只能采用恒功率充電模式，最大充電電流為700mA，平均充電電流300mA，涓流充電電流小于100mA，充電時間約為10小時。,電池使用方法,正確放電：,由于鎳鎘電池具有記憶效應(yīng)，對電池的不完全放電將會人為的降低電池的電容量； 從放電曲線可以看出，隨著電池電量的減少，其電壓也會逐漸降低，當(dāng)電壓降低到某個閾值后繼續(xù)放電，電池電壓將很快的跌落。這個閾值就是電池的放電下限電壓。廠家給出了放電下限電壓為6V。因此，在使用時，建議在動力車的電源設(shè)計中加入電池保護電路，當(dāng)電池電壓低于6V時切斷電路，用來保護電池。如果沒有保護電路，要注意，電池接通時人不要離開。因為當(dāng)電池電壓降到接近6V時，電池已經(jīng)給不出多少電流，已經(jīng)沒有能力驅(qū)動電機了，此時一定要及時斷開電路，到了給電池充電的時候了。,賽道及比賽規(guī)則,賽道材料： KT板、高密度、白色、0.5厘米厚。 中心黑線： 為黑色即時貼經(jīng)過裁減而成。,7 Of 63,賽道及比賽規(guī)則,詳細參考資料 第二屆智能車競賽專網(wǎng) 聯(lián)合大學(xué)團委網(wǎng)站 書籍 作 者：卓晴 等編 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 定 價：36.50元,用指定車模沿黑線跑兩圈取單圈最快者為勝。,研究項目介紹,汽車動態(tài)分析 車速控制系統(tǒng) 方向控制系統(tǒng) 賽道檢測系統(tǒng) 電子控制系統(tǒng) 策略規(guī)劃系統(tǒng) 行為決策系統(tǒng) 路況記憶系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),模型車電機特性,電機特性和MC33886芯片,一、電機特性,RS-380SH,一、電機特性,RS-380SH,一、電機特性,RS-380SH,一、電機特性,RS-380SH,二、MC33886芯片,特性： 工作電壓：5-40V 導(dǎo)通電阻： 120毫歐姆 輸入信號：TTL/CMOS PWM頻率： 10KHz 短路保護、欠壓保護、過溫保護等；,二、MC33886芯片,二、MC33886芯片,二、MC33886芯片,應(yīng)用說明： 多個MC33886并聯(lián)使用；,二、MC33886芯片,應(yīng)用說明： 使用半橋：由于賽車過程中不時用倒車，所以可以只使用其中的半橋；并且將兩個半橋并聯(lián)，擴大芯片的驅(qū)動能力； 使用其中的一個半橋驅(qū)動電機；使用另外一個半橋作為12V升壓電路為CCD提供工作電源；,二、MC33886芯片,使用說明： 規(guī)則中的電容限制 全部電容容量和不得超過2000微法；電容最高充電電壓不得超過25伏。 電機加速與減速限制，避免對于工作電源的影響；,二、MC33886芯片,使用說明： PWM頻率限制： 10KHz,二、MC33886芯片,使用說明： PWM頻率限制： 10KHz,二、MC33886芯片,使用說明： PWM頻率限制： 10KHz,關(guān)于舵機驅(qū)動,舵機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 舵盤、齒輪組、位置反饋電位計、直流電機、控制電路板等。 工作原理 脈寬信號給定參考位置，舵機內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。 舵盤角位由PWM控制信號的脈寬決定。,關(guān)于舵機驅(qū)動,舵機基本參數(shù) 型 號： S3010 電 壓： 4.0 6.0 V 角度控制： 1/ 400us 工作速度： 0.16 + 0.02 堵轉(zhuǎn)力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm,關(guān)于舵機驅(qū)動,舵機控制方法,三線連接方式 紅線：電源線+6V 藍線：地線 黑線：PWM控制信號,使用S12 PWM輸出控制舵機,舵機簡介 S12 PWM控制舵機,一、舵機簡介,舵機功能 舵機結(jié)構(gòu) 舵機的基本參數(shù) 舵機控制方法,舵機的功能,舵機最早出現(xiàn)在航模運動中； 發(fā)動機進氣量； 副翼舵面； 水平尾翼舵面； 垂直尾翼舵面； 賽車中控制前輪轉(zhuǎn)向；,舵機的結(jié)構(gòu),舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k，直流電機、控制電路板等； 工作原理： 控制信號控制電路板電極轉(zhuǎn)動 齒輪組減速 舵盤轉(zhuǎn)動 位置反饋電位計控制電路板反饋； 控制量 舵盤角度,舵機的基本參數(shù): HS-925,尺寸：39.4*37.8*27.8 重量：56g 工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.8sec/60(6.0V) 堵轉(zhuǎn)力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V) 工作角度： 45度/400us,舵機的連接方法,三線連接方法： 黑線：底線； 紅線：電源線；兩種標準：4.8V, 6V; 藍線（黃線）：控制信號線； 顏色區(qū)分電源線和底線；,標準驅(qū)動模型,實測波形（0度）,實測波形（15度）,舵機的控制方法,實測波形（30度）,實測波形（-15度）,舵機的控制方法,實測波形（-30度）,轉(zhuǎn)角與脈寬,舵機的控制方法,脈寬與轉(zhuǎn)角,信號產(chǎn)生方式,軟件計數(shù)方式； 定時器中斷方式； PWM硬件產(chǎn)生方式； 等；,S12 PWM控制舵機,S12 PWM控制器； 具有8路PWM輸出端口； 具有獨立的8路8bitPWM輸出，或者4路16bitPWM輸出； 具有A,B,SA,SB時鐘源；,S12PWM發(fā)生器,S12 PWM控制舵機,舉例 使用PWM4,5合成16bitPWM輸出； PWM4 控制信號； PWMCTL_CON45 = 0x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc = 24MHz,S12 PWM控制舵機,規(guī)則限制： 伺服電機個數(shù)不超過3個； 不可以通過提高工作電壓提升舵機的性能； 不可以更換舵機；,S12 PWM控制舵機,控制說明 脈寬范圍： 對應(yīng)舵機旋轉(zhuǎn)角度，一方面舵機的極限位置；另一方面考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限?？梢酝ㄟ^測試得到大約40 度左右； PWM周期： 可選擇 50 200Hz,S12 PWM控制舵機,控制說明： 舵機的響應(yīng)時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機械方式，利用舵機的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進行放大，加快舵機響應(yīng)速度；,關(guān)于賽道檢測方式,賽道路徑幾何特點 由直線和圓弧組成； 賽道路徑檢測內(nèi)容 確定路徑中心位置； 確定路徑方向； 確定路徑曲率； 需要在賽道垂直方向上 35點便可確定道路參數(shù)； 賽道路徑檢測方法,韓國賽道圖,賽道路徑檢測方法,光電管陣列； CCD: 線陣CCD; 面陣CCD; （黑白） 激光掃描器；電磁感應(yīng)；超聲檢測等,基于光電管賽道參數(shù)檢測方法,光電管陣列優(yōu)缺點： 優(yōu)點：簡單、響應(yīng)快速等； 缺點： 空間分辨率低； 水平分辨率: 16 pixel /線；（可以采用細分的方法進行優(yōu)化）；受到大賽規(guī)則傳感器個數(shù)限制； 垂直分辨率：只能檢測一點位置； 占用端口資源多； 安裝固定、接線較困難； 容易受到外界環(huán)境影響；,基于面陣賽道參數(shù)檢測方法,使用面陣檢測路徑參數(shù)的優(yōu)點： 分辨率高： 識別路徑參數(shù)多：中心位置、方向、曲率； 占用端口資源少： 轉(zhuǎn)換； 一路中斷輸入； 一路口輸入； 通過算法減少外部環(huán)境影響；,基于CCD路徑檢測方法難點及解決方法,12 of18,采集速率； 圖像的分辨率 : 水平高，垂直低； 存儲空間； DG128 8KRAM 處理速度； 圖像采集，處理，控制等等； 電源電壓； 12V工作電源,用S12采集圖像,采集速率： S12 AD 轉(zhuǎn)換速率10bit : 7us 視頻信號一行時間：64us;(有效圖像時間 300線/幀,矛盾,采集速率 路徑檢測需要圖像特點： 水平分辨率: 高； 垂直分辨率：低；3-5點 矛盾：如何解決？,解決,采集速率- 解決方法 攝像頭水平旋轉(zhuǎn)90度； 水平分辨率 垂直分辨率,附加手段,采集速率- 解決方法 采用CPU 內(nèi)部總線超頻； 48,規(guī)則沒有限制 CPU超頻,初步計算,采集速率- 解決方法 * 攝像頭旋轉(zhuǎn)90度； * CPU超頻； 可以得到 300 48 分辨率圖像；可以滿足道路檢測需要； 實際需要可以使用降低的圖像分辨率： 72 24 即可；,資源需求,存儲空間 必須存儲正幅圖像；這是由于將垂直分辨率轉(zhuǎn)換為水平分辨率的原因； 存儲空間： 每個像素存儲1字節(jié)； 72 * 24 圖像需要 1728字節(jié)； DG128 RAM空間為8K字節(jié)；可以滿足存儲需要。 同時還可以開辟雙圖像存儲區(qū)，采集、處理同時進行；,占用資源分析,處理速度： 采集時間： 圖像采集采用終端采集的方式；節(jié)省CPU處理事件； 72 * 24 分辨率下：只對于其中的1/4行進行圖像采集。CPU花費在圖像采集上的時間少于 總時間1/4。其余的時間用于圖像處理、控制等運算；,圖像處理,處理速度 優(yōu)化圖像路徑參數(shù)檢測算法，算法時間小于 20ms。 圖像：黑白色，檢測中心算法簡單； 可以適當(dāng)增加些動態(tài)亮度補償算法；滿足路徑參數(shù)檢測速度要求；,工作電源,CCD工作電源 12V; 使用PWM 斬波升壓電路得到12V電源； 這不違反比賽規(guī)則； 禁止使用DC-DC升壓電路為驅(qū)動電機 以及舵機提供動力；,實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果,系統(tǒng)框圖,連接CPU,CPU最小系統(tǒng),連接CPU,實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果,CPU最小系統(tǒng) PAD02 視頻信號 IRQ 視頻行同步信號 PM1 奇偶場信號 PWM2 12V 斬波升壓開關(guān)信號； PWM0,1 電極控制PWM信號； PWM4 舵機控制信號； PAD0,1 電池電壓，12V電壓監(jiān)測；,視頻匹配電路,視頻信號同部分離電路,實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果,注意：視頻信號不經(jīng)過直流隔離進入AD轉(zhuǎn)換器；,升壓供電電路,12V 斬波升壓電路,實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果,電源電路,實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果,試驗版,試驗車,例圖1,12 of18,例圖2,例圖3,例圖4,例圖5,用攝像頭的缺點,CCD相對昂貴； 占用RAM比較多； 道路檢測速率受到限制； 50Hz 檢測有一定的延時（1/50）秒； 附注電路較多：12V, LM1881等；,后續(xù)問題,開發(fā)有效路徑參數(shù)算法； 攝像頭安裝與固定，為之比較的高； 攝像頭鏡頭設(shè)計； 混合檢測方法：光電管+ CCD; 多個CCD;,賽道檢測小結(jié),方法核心內(nèi)容 攝像頭旋轉(zhuǎn)90度。水平分辨率垂直分辨率； 適當(dāng)CPU 超頻； 有效路徑檢測算法； 該方法也可以在一些粗分辨率視頻監(jiān)視中進行應(yīng)用；,最佳路線問題,最佳路線問題,基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng),特點：,賽道與賽車環(huán)境模擬 控制算法的仿真驗證 路徑識別的方案分析 離線/在線仿真相結(jié)合,基 本 構(gòu) 架,賽道設(shè)計界面,最佳路線問題,基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng),賽車參數(shù)設(shè)定界面,最佳路線問題,基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng),動態(tài)仿真界面,飛斯卡爾單片機介紹,飛斯卡爾單片機介紹,飛斯卡爾單片機介紹,飛斯卡爾單片機介紹,硬件設(shè)計的一般流程,1、確立設(shè)計需求 2、選擇合理的方案 3、繪制原理圖和PCB圖 4、焊接、組裝 5、電路調(diào)試 6、實際環(huán)境驗證,軟件設(shè)計的一般流程,1、確立軟件需求 2、構(gòu)思軟件結(jié)構(gòu) 3、算法設(shè)計 4、 選擇硬件平臺 5、編制程序