智能車競賽專題培訓(xùn).ppt

智能車競賽專題培訓(xùn) 主講 張樹波 共青團(tuán)北京聯(lián)合大學(xué)委員會 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(xiàng)目介紹關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)于賽道檢測方式最佳路線問題飛斯卡爾單片機(jī)介紹軟硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)工程化方法與團(tuán)隊(duì)精神答疑時(shí)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(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(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 引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生實(shí)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 2 6 7 2v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(jì)的廉價(jià)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(shí)間約為10小時(shí) 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(gè)閾值后繼續(xù)放電 電池電壓將很快的跌落 這個(gè)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(shí) 建議在動(dòng)力車的電源設(shè)計(jì)中加入電池保護(hù)電路 當(dāng)電池電壓低于6V時(shí)切斷電路 用來保護(hù)電池 如果沒有保護(hù)電路 要注意 電池接通時(shí)人不要離開 因?yàn)楫?dāng)電池電壓降到接近6V時(shí) 電池已經(jīng)給不出多少電流 已經(jīng)沒有能力驅(qū)動(dòng)電機(jī)了 此時(shí)一定要及時(shí)斷開電路 到了給電池充電的時(shí)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(shí)貼經(jīng)過裁減而成 7Of63 賽道及比賽規(guī)則 詳細(xì)參考資料第二屆智能車競賽專網(wǎng)聯(lián)合大學(xué)團(tuán)委網(wǎng)站書籍作者 卓晴等編ISBN 781124022X出版社 北京航空航天大學(xué)出版社定價(jià) 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(xiàng)目介紹 汽車動(dòng)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(jī)特性 電機(jī)特性和MC33886芯片 一 電機(jī)特性 RS 380SH 一 電機(jī)特性 RS 380SH 一 電機(jī)特性 RS 380SH 一 電機(jī)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 CMOSPWM頻率 10KHz短路保護(hù) 欠壓保護(hù) 過溫保護(hù)等 二 MC33886芯片 二 MC33886芯片 二 MC33886芯片 應(yīng)用說明 多個(gè)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(shí)用倒車 所以可以只使用其中的半橋 并且將兩個(gè)半橋并聯(lián) 擴(kuò)大芯片的驅(qū)動(dòng)能力 使用其中的一個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)電機(jī) 使用另外一個(gè)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(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng) 舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)舵盤 齒輪組 位置反饋電位計(jì) 直流電機(jī) 控制電路板等 工作原理脈寬信號給定參考位置 舵機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng) 舵機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng) 舵機(jī)控制方法 三線連接方式紅線 電源線 6V藍(lán)線 地線黑線 PWM控制信號 使用S12PWM輸出控制舵機(jī) 舵機(jī)簡介S12PWM控制舵機(jī) 一 舵機(jī)簡介 舵機(jī)功能舵機(jī)結(jié)構(gòu)舵機(jī)的基本參數(shù)舵機(jī)控制方法 舵機(jī)的功能 舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動(dòng)中 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(jī)的結(jié)構(gòu) 舵盤 減速齒輪組 位置反饋電位計(jì)5k 直流電機(jī) 控制電路板等 工作原理 控制信號 控制電路板 電極轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪組減速 舵盤轉(zhuǎn)動(dòng) 位置反饋電位計(jì) 控制電路板反饋 控制量 舵盤角度 舵機(jī)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(jī)的連接方法 三線連接方法 黑線 底線 紅線 電源線 兩種標(biāo)準(zhǔn) 4 8V 6V 藍(lán)線 黃線 控制信號線 顏色區(qū)分電源線和底線 標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模型 實(shí)測波形 0度 實(shí)測波形 15度 舵機(jī)的控制方法 實(shí)測波形 30度 實(shí)測波形 15度 舵機(jī)的控制方法 實(shí)測波形 30度 轉(zhuǎn)角與脈寬 舵機(jī)的控制方法 脈寬與轉(zhuǎn)角 信號產(chǎn)生方式 軟件計(jì)數(shù)方式 定時(shí)器中斷方式 PWM硬件產(chǎn)生方式 等 S12PWM控制舵機(jī) S12PWM控制器 具有8路PWM輸出端口 具有獨(dú)立的8路8bitPWM輸出 或者4路16bitPWM輸出 具有A B SA SB時(shí)鐘源 S12PWM發(fā)生器 S12PWM控制舵機(jī) 舉例使用PWM4 5合成16bitPWM輸出 PWM4 控制信號 PWMCTL CON45 0 x1 PWMPER4 5 60000 50HzPWMDTY4 5 1500 3 1500usBUSosc 24MHz S12PWM控制舵機(jī) 規(guī)則限制 伺服電機(jī)個(gè)數(shù)不超過3個(gè) 不可以通過提高工作電壓提升舵機(jī)的性能 不可以更換舵機(jī) S12PWM控制舵機(jī) 控制說明脈寬范圍 對應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度 一方面舵機(jī)的極限位置 另一方面考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限 可以通過測試得到大約40度左右 PWM周期 可選擇50 200Hz S12PWM控制舵機(jī) 控制說明 舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)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(jī)械方式 利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量 將角度進(jìn)行放大 加快舵機(jī)響應(yīng)速度 關(guān)于賽道檢測方式 賽道路徑幾何特點(diǎn)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3 5點(diǎn)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(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 簡單 響應(yīng)快速等 缺點(diǎn) 空間分辨率低 水平分辨率 16pixel 線 可以采用細(xì)分的方法進(jìn)行優(yōu)化 受到大賽規(guī)則傳感器個(gè)數(shù)限制 垂直分辨率 只能檢測一點(diǎn)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(diǎn) 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(diǎn)及解決方法 12of18 采集速率 圖像的分辨率 水平高 垂直低 存儲空間 DG1288KRAM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 S12AD轉(zhuǎn)換速率10bit 7us視頻信號一行時(shí)間 64us 有效圖像時(shí)間300線 幀 矛盾 采集速率路徑檢測需要圖像特點(diǎn) 水平分辨率 高 垂直分辨率 低 3 5點(diǎn)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(jì)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(shí)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(gè)像素存儲1字節(jié) 72 24圖像需要1728字節(jié) DG128RAM空間為8K字節(jié) 可以滿足存儲需要 同時(shí)還可以開辟雙圖像存儲區(qū) 采集 處理同時(shí)進(jìn)行 占用資源分析 處理速度 采集時(shí)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(jìn)行圖像采集 CPU花費(fèi)在圖像采集上的時(shí)間少于總時(shí)間1 4 其余的時(shí)間用于圖像處理 控制等運(yùn)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(shí)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(dòng)態(tài)亮度補(bǔ)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(dòng)電機(jī)以及舵機(jī)提供動(dòng)力 實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 系統(tǒng)框圖 連接CPU CPU最小系統(tǒng) 連接CPU 實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)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(jī)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(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 注意 視頻信號不經(jīng)過直流隔離進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器 升壓供電電路 12V斬波升壓電路 實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 電源電路 實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)版 試驗(yàn)車 例圖1 12of18 例圖2 例圖3 例圖4 例圖5 用攝像頭的缺點(diǎn) 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(shí) 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(jì) 混合檢測方法 光電管 CCD 多個(gè)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(jìn)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(diǎn) 賽道與賽車環(huán)境模擬控制算法的仿真驗(yàn)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(jì)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(dòng)態(tài)仿真界面 飛斯卡爾單片機(jī)介紹 飛斯卡爾單片機(jī)介紹 飛斯卡爾單片機(jī)介紹 飛斯卡爾單片機(jī)介紹 硬件設(shè)計(jì)的一般流程 1 確立設(shè)計(jì)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(shí)際環(huán)境驗(yàn)證 軟件設(shè)計(jì)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(jì)4 選擇硬件平臺5 編制程序6