第六屆電磁組哈爾濱華德學(xué)院

1、第六屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技 術(shù) 報(bào) 告學(xué) 校：哈爾濱華德學(xué)院隊(duì)伍名稱：華德遠(yuǎn)航參賽隊(duì)員：黃祥祥 徐陽錢立森帶隊(duì)教師：孟祥蓮?fù)跫矽i關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解第五屆“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(bào)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(jì)方案、技術(shù)報(bào)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(duì)員簽名： 帶隊(duì)教師簽名： 日 期： 摘要本文介紹了華德遠(yuǎn)航隊(duì)制作飛思卡爾智能車的全部過程。本智能車系統(tǒng)以飛思卡爾高性能16位單

2、片機(jī)MC9S12XS128MAL為核心，通過10mH電感檢測賽道導(dǎo)線激發(fā)的電磁波來引導(dǎo)小車行駛，用編碼器來檢測小車的速度。賽道的電磁信號我們先使用集成運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，再利用肖特基二極管檢波將放大后的電磁信號轉(zhuǎn)換為正比于交流電壓信號峰峰值的直流信號，最后通過AD采樣獲取當(dāng)前傳感器在賽道上的坐標(biāo)。速度控制上，我們使用經(jīng)典PID算法和魯棒控制法。此外，為了提高調(diào)試的方便性，我們開發(fā)了LabView上位機(jī)軟件，并且使用MATLAB、Proteus進(jìn)行輔助仿真。單片機(jī)開發(fā)平臺為CodeWarrior IDE 5.9.0。關(guān)鍵字：飛思卡爾智能車，MC9S12XS128MAL，電磁，經(jīng)典PID 目錄摘要

3、II第一章引言11.1 大賽簡介11.2 智能車系統(tǒng)介紹21.3 章節(jié)安排3第二章智能車機(jī)械調(diào)校52.1 前輪調(diào)整52.2 舵機(jī)固定82.3 降低虛位92.4 差速調(diào)整92.5 齒輪嚙合102.6 調(diào)整重心102.7 零件制作11第三章智能車硬件系統(tǒng)133.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)133.2 電源模塊143.3 傳感器模塊153.3.1 傳感器的選擇153.3.2 傳感器的硬件制作183.3.3 傳感器排布的設(shè)計(jì)203.4 起跑線檢測233.5 電機(jī)驅(qū)動模塊243.6 測速裝置253.7 小車主板設(shè)計(jì)26第四章智能車軟件系統(tǒng)294.1 軟件系統(tǒng)概述294.2 時(shí)鐘模塊294.3 AD模塊以及信號采集

4、策略304.4 PWM模塊以及控速策略334.5 終點(diǎn)線檢測344.6 主程序流程圖35第五章智能車開發(fā)平臺375.1 硬件開發(fā)平臺375.1.1 硬件仿真平臺375.1.2 硬件開發(fā)平臺385.2 軟件開發(fā)平臺415.3 數(shù)學(xué)分析平臺41第六章總結(jié)XLI6.1 參賽心得XLI6.2 智能車的不足以及改進(jìn)XLI參考文獻(xiàn)XLI致謝XLI附錄A：模型車技術(shù)參數(shù)及特色XLI附錄B：模型車外形照片XLI附錄C：模型車電路原理圖XLI附錄D：模型車程序源代碼XLI第一章 引言智能車系統(tǒng)涵蓋了機(jī)械、電子、電氣、傳感、計(jì)算機(jī)、自動化控制等多方面知識，一定程度上反映了高校學(xué)生科研水平。本章節(jié)詳細(xì)闡述了智能車系

5、統(tǒng)的研究背景和本智能小車的系統(tǒng)總體概況。1.1 大賽簡介為加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，促進(jìn)高等教育教學(xué)改革，受教育部高等教育司委托(教高司函2005201 號文)，由教育部高等自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會（以下簡稱自動化分教指委）主辦全國大學(xué)生智能汽車競賽。該競賽以智能汽車為研究對象的創(chuàng)意性科技競賽，是面向全國大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動，是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競賽之一。該競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、

6、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。該競賽由競賽秘書處為各參賽隊(duì)提供/購置規(guī)定范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)硬軟件技術(shù)平臺，競賽過程包括理論設(shè)計(jì)、實(shí)際制作、整車調(diào)試、現(xiàn)場比賽等環(huán)節(jié)，要求學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，協(xié)同工作，初步體會一個(gè)工程性的研究開發(fā)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全過程。該競賽融科學(xué)性、趣味性和觀賞性為一體，是以迅猛發(fā)展、前景廣闊的汽車電子為背景，涵蓋自動控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械與汽車等多學(xué)科專業(yè)的創(chuàng)意性比賽。該競賽規(guī)則透明，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)客觀，堅(jiān)持公開、公平、公正的原則，保證競賽向健康、普及，持續(xù)的方向發(fā)展。該競賽以飛思卡爾半導(dǎo)體公司為協(xié)辦方，得到了教育部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、飛

7、思卡爾公司領(lǐng)導(dǎo)與各高校師生的高度評價(jià)，已發(fā)展成全國30 個(gè)省市自治區(qū)近300 所高校廣泛參與的全國大學(xué)生智能汽車競賽。2008 年起被教育部批準(zhǔn)列入國家教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程資助項(xiàng)目中科技人文競賽之一（教高函200730 號文）。全國大學(xué)生智能汽車競賽原則上由全國有自動化專業(yè)的高等學(xué)校（包括港、澳地區(qū)的高校）參賽。競賽首先在各個(gè)分賽區(qū)進(jìn)行報(bào)名、預(yù)賽，各分賽區(qū)的優(yōu)勝隊(duì)將參加全國總決賽。每屆比賽根據(jù)參賽隊(duì)伍和隊(duì)員情況，分別設(shè)立光電組、攝像頭組、電磁組、創(chuàng)意組等多個(gè)賽題組別。每個(gè)學(xué)?？梢愿鶕?jù)競賽規(guī)則選報(bào)不同組別的參賽隊(duì)伍。全國大學(xué)生智能汽車競賽組織運(yùn)行模式貫徹“政府倡導(dǎo)、專家主辦、學(xué)生主體、社會參與

8、”的16 字方針，充分調(diào)動各方面參與的積極性。全國大學(xué)生智能汽車競賽一般在每年的10 月份公布次年競賽的題目和組織方式，并開始接受報(bào)名，次年的3 月份進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，7 月份進(jìn)行分賽區(qū)競賽，8 月份進(jìn)行全國總決賽。本次比賽分為光電、攝像頭和電磁三個(gè)賽題組，本論文主要介紹電磁賽題組的智能車制作。1.2 智能車系統(tǒng)介紹在本報(bào)告中，我們介紹了飛思卡爾智能車的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)械的調(diào)校、開發(fā)平臺的設(shè)計(jì)和應(yīng)用詳細(xì)地闡述了我們的思想和創(chuàng)意。本此比賽中，我們獨(dú)立設(shè)計(jì)、實(shí)踐創(chuàng)新，先后解決了電磁傳感器問題和電機(jī)驅(qū)動問題。隨后經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集以及分析、方案論證、調(diào)試車模，最終鞏固了算法。本智能車系統(tǒng)包含以下

9、幾個(gè)部分：1） 電磁傳感器；2） 電源模塊；3） 單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍模塊；4） 單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動隔離電路；5） 電機(jī)驅(qū)動模塊；6） 測速編碼器設(shè)備；7） 起跑線檢測模塊；8） 智能車底盤（包括電機(jī)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)、電池等）；本系統(tǒng)各部分模塊都能協(xié)同地工作。由于系統(tǒng)中存在感性負(fù)載，會有大電流，我們細(xì)化了電源模塊，目的在于獨(dú)立各個(gè)模塊，降低各個(gè)模塊之間的干擾和保證各個(gè)模塊的電壓、電流的穩(wěn)定。系統(tǒng)的整體模塊圖示如圖1.2.1 所示。圖1.2.1系統(tǒng)的整體模塊圖示1.3 章節(jié)安排本論文章節(jié)安排如下：第一章 引言：詳細(xì)介紹了本智能車的研究背景以及系統(tǒng)的總體概況；第二章 智能車機(jī)械調(diào)校：詳細(xì)介紹了本智能車在機(jī)

10、械結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，包括前輪的調(diào)整，舵機(jī)的固定，等；第三章 智能車硬件系統(tǒng)：詳細(xì)介紹了本智能車各個(gè)硬件模塊電路的設(shè)計(jì)、制作和方案的選擇；第四章 智能車軟件系統(tǒng)：主要介紹了本智能車軟件設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)，詳細(xì)的介紹了舵機(jī)控制和速度控制；第五章 智能車開發(fā)平臺：詳細(xì)介紹了智能車硬件仿真平臺、硬件開發(fā)平臺、仿真平臺、軟件開發(fā)平臺和數(shù)學(xué)分析平臺；第六章 總結(jié)：詳細(xì)的介紹了本次智能車制作的心得、本智能車的不足和值得改進(jìn)的地方；附錄A：模型車程序源代碼；附錄B：模型車電路原理圖；附錄C：模型車外形照片；附錄D：模型車技術(shù)參數(shù)及特色；第二章 智能車機(jī)械調(diào)校小車機(jī)械上的限制會使小車的速度到達(dá)一定值時(shí)，無法繼續(xù)提速。因

11、此，機(jī)械的合理調(diào)整，在小車后期的提速中起到了不小的作用2.1 前輪調(diào)整要保持車輛直線行駛的穩(wěn)定性，使小車直道穩(wěn)定、彎道轉(zhuǎn)向輕便，必須確定車輪定位參數(shù)，包括主銷后傾、主銷內(nèi)傾、前輪外傾和前輪前束。阿克曼矩形轉(zhuǎn)向梯形是我們調(diào)整前輪特性的主要參考，阿克曼原理的基本觀點(diǎn)是汽車在直線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛過程中每個(gè)車輪的運(yùn)動軌都必須完全符合它的自然運(yùn)動軌跡，從而保證輪胎與地面間處于純滾動而無滑移現(xiàn)象。阿克曼圖形如圖2.1.1所示。圖2.1.1阿克曼圖形主銷后傾角： 主銷后傾角在車輪偏轉(zhuǎn)后形成一回正力矩， 阻礙車輪偏轉(zhuǎn)。主銷后傾角越大，車速愈高，車輪偏轉(zhuǎn)后自動回正力越強(qiáng)。但回正力矩過大，會引起前輪回正過猛，加速前

12、輪擺振，并使轉(zhuǎn)向沉重。通常后傾角為13。主銷后傾如圖2.1.2所示。圖2.1.2 主銷后傾主銷內(nèi)傾角：在小車前后方向上，主銷向內(nèi)傾斜一個(gè)角度，主銷軸線與垂線間的夾角稱為主銷內(nèi)傾角。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于主銷內(nèi)傾，則車輪連同整個(gè)小車的前部將被抬起一定高度，在外力消失后，車輪就會在重力作用下力圖恢復(fù)到原來的中間位置。通常主銷內(nèi)傾角不大于8。主銷內(nèi)傾如圖2.1.3所示。圖2.1.3主銷內(nèi)傾前輪外傾角：在汽車的橫向平面內(nèi)，前輪中心平面向外傾斜一個(gè)角度，稱為前輪外傾角。前輪外傾角一方面可以使車輪接近垂直路面滾動而滑動減小轉(zhuǎn)向阻力，使小車轉(zhuǎn)向輕便；另一方面減少了軸承及其鎖緊螺母的載荷，增

13、加了使用壽命，提高了安全性。一般前輪外傾角為1左右，但對于有高速、急轉(zhuǎn)向要求的車輛，前輪外傾角可減小甚至為負(fù)值。前輪外傾如圖2.1.4所示。圖2.1.4前輪外傾前輪前束：俯視車輪，汽車的兩個(gè)前輪的旋轉(zhuǎn)平面并不完全平行，而是稍微帶一些角度，這種現(xiàn)象稱為前輪前束。車輪前束的作用是減輕或消除因前輪外傾角所造成的不良后果，二者相互協(xié)調(diào)，保證前輪在汽車行駛中滾動而無滑動。前輪前束一般為012mm。前輪前束如圖2.1.5所示。圖2.1.5前輪前束對第六屆B車而言在不修改零件的前提下可調(diào)整的有前輪外傾和前輪前束，由于我對車輛機(jī)械了解不多所以僅做了這兩項(xiàng)調(diào)整，但我感覺B車的主銷后傾角過大產(chǎn)生了一些不利影響。調(diào)

14、整的目標(biāo)是：小車直線行駛平穩(wěn)，彎道轉(zhuǎn)向輕便、靈活、穩(wěn)定。由于車輛本身的一些特點(diǎn)，例如輪胎特性、輪胎摩擦力、減震強(qiáng)度等，使我們在實(shí)際調(diào)整時(shí)要對理論的方案進(jìn)行一些改動，最后做出的調(diào)整方案為：前輪外傾角-3左右（曾大轉(zhuǎn)彎時(shí)輪胎與地面接觸面積），前輪前束-1左右（減小轉(zhuǎn)向阻力）。2.2 舵機(jī)固定舵機(jī)固定嘗試過很多方法，其中有把舵機(jī)放在前輪中間舵機(jī)搖臂朝前的方案，使用后才發(fā)現(xiàn)它違反了阿克曼梯形原理，過彎性能極差，最后舵機(jī)固定方案為放在前輪中間，搖臂向后長30mm，舵機(jī)座離底盤22mm。舵機(jī)固定如圖2.2.1所示。 圖2.2.1舵機(jī)固定2.3 降低虛位前輪虛位是車速限制的大問題，它使控制不準(zhǔn)確和產(chǎn)生不可預(yù)

15、期的影響；除去舵機(jī)本身的虛位，前輪可調(diào)整的有輪與軸、軸與軸和連接件之間的縫隙，可以通過加墊片（如錫紙）和調(diào)整連接件位置來降低，如圖2.3.1所示 。圖2.3.1降低虛位2.4 差速調(diào)整差速器調(diào)整：小車采用的差速器為滾珠式差速器。合適的差夠提高小車入彎速度，提高彎道性能。差速器調(diào)整可以通過右后輪螺絲。注意調(diào)整過松，會嚴(yán)重影響直道加速性能和入彎剎車的有效性；調(diào)整過緊則會使無效狀態(tài)。差速器滾珠處可以適當(dāng)添加潤滑劑，保證差速器平滑。但到目前為止還沒找到合適的潤滑劑。2.5 齒輪嚙合齒輪咬合調(diào)整：調(diào)整齒輪咬合，以不松動，無卡滯，松緊合適為準(zhǔn)。另外還要保證齒輪間咬合有足夠的接觸面積?？纱蜷_電機(jī)聽轉(zhuǎn)動聲音，

16、尖銳和零碎的聲音都是不正常的，尖銳的是嚙合過緊，零碎的是嚙合過松，如果聲音始終不正常那就有可能是零件本身的原因，B車的一些零件還是夠爛的。齒輪嚙合如圖2.5.1所示。圖2.5.1齒輪嚙合2.6 調(diào)整重心低的重心可以使車運(yùn)行穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向靈活，在過彎時(shí)不容易出現(xiàn)翻車現(xiàn)象，B車前輪可以增加墊片后輪可以翻轉(zhuǎn)后輪軸固定座降低重心，在實(shí)際調(diào)整時(shí)，我們讓車在不影響上坡的前提下重心盡量低；前后重心應(yīng)保持在中后部，由于電磁車前方架了傳感器，所以重心一般不會靠后，應(yīng)調(diào)整布局和材料使重心靠后；另外車上無關(guān)緊要的零件能去則去，以減輕重量。2.7 零件制作本車零件采用純手工制作，制作過程對零件要求精益求精，材料選則在滿足

17、要求的前提下盡可能的輕，由于手工制作精度差，所以建議采用CAD制作零件，準(zhǔn)確快速，提高效率。第三章 智能車硬件系統(tǒng)本智能車系統(tǒng)追求穩(wěn)、準(zhǔn)、快，外觀上更是整潔，在有限的制板空間條件下極力做到極致。核心控制器單片機(jī)采用MC9S12XS128MAL，電源芯片采用LM2940，驅(qū)動芯片采用BTN7970，傳感器采用LM386 運(yùn)放放大,起跑線檢測采用干簧管。所有的電路板均采用雙面布線的PCB板。調(diào)試過程中，我們采用Labview上位機(jī)開發(fā)軟件、賽道計(jì)時(shí)器等輔助調(diào)試，本章均有詳細(xì)介紹。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)為本智能車系統(tǒng)的核心。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們購買了最小系統(tǒng)板。最小系統(tǒng)板如圖3.1

18、.1 所示。圖3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)板3.2 電源模塊比賽要求智能車電源只能使用指定型號的7.2V 2000mAh Ni-Cd 電池供電。在本智能車系統(tǒng)中，電源就相當(dāng)于陽光，陽光不充足系統(tǒng)就不能穩(wěn)定的運(yùn)行，也就不能實(shí)現(xiàn)功能，因而電源模塊的搭建至關(guān)重要。我們經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)選型，最終我們采用集成三端穩(wěn)壓芯片。集成三端穩(wěn)壓器主要有兩種：一種是線性穩(wěn)壓芯片，另外一種是開關(guān)型穩(wěn)壓芯片。線性穩(wěn)壓芯片輸出紋波小，電路簡單，但是功耗較大，效率較低，典型芯片為LM7805；開關(guān)穩(wěn)壓芯片則功耗小，效率高，但是輸出紋波大，電路復(fù)雜，典型芯片為LM2596。對于單片機(jī)來說，單片機(jī)本身功耗低，但是它對電源要求相對較高

19、。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比對，LM2940和LM1117性能較優(yōu)。兩者都為低壓差線性穩(wěn)壓器件，LM2940最大輸出電流為1A，另外LM1117-ADJ為輸出可調(diào)穩(wěn)壓器件。最后我們選擇LM2940 作為單片機(jī)主要供電穩(wěn)壓芯片。由于舵機(jī)需要4.5V-5.5V的工作電壓，最后我們利用LM1117-ADJ輸出可調(diào)的特性為舵機(jī)提供電壓。因?yàn)殡娐分写嬖诟行载?fù)載，存在大電流，為了最大限度降低各個(gè)部分對單片機(jī)的干擾，我們單獨(dú)采用一片LM2940對單片機(jī)和起跑線檢測模塊進(jìn)行供電。傳感器也單獨(dú)用一片LM2940供電。而其他需要5V供電的模塊則采用另一片LM2940進(jìn)行供電。具體電源模塊原理圖如圖3.2.1 所示。圖3.2.1

20、電源模塊原理圖3.3 傳感器模塊傳感器的設(shè)計(jì)是保證小車平穩(wěn)運(yùn)行的前提。以下詳細(xì)介紹了我們小車傳感器的選擇、硬件制作、傳感器排布的設(shè)計(jì)、傳感器優(yōu)化的各個(gè)過程。3.3.1 傳感器的選擇根據(jù)電磁檢測原理4，在通有交變電流的直導(dǎo)線周圍存在電磁場。智能車競賽中路徑導(dǎo)航使用的交變電流為20KHZ，100mA 電路，產(chǎn)生的電磁波屬于甚低頻（VLF）電磁波。甚低頻頻率范圍處于工頻和低頻電磁破中間，為3kHz30kHz，波長為100km10km。如圖3.3.1.1 所示。圖3.3.1.1 電流周圍電磁場示意圖由于賽道尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁波波長，因此在導(dǎo)線附近能夠感應(yīng)到的電磁能量非常少并且可以將其視為緩變磁場，從而按

21、照靜態(tài)磁場的處理方法來獲取導(dǎo)線周圍的磁場分布，從而實(shí)現(xiàn)位置檢測。根據(jù)畢奧-薩伐爾電磁感應(yīng)定律可知：在通有恒定電流I 長度L 的直導(dǎo)線周圍存在電磁場，距離導(dǎo)線r 處P 點(diǎn)（如圖3.3.1.2所示）電磁感應(yīng)強(qiáng)度為： 公式1可得： 公式2 圖3.3.1.2 長L 的直導(dǎo)線電磁分析延伸到無限長直導(dǎo)線上，上式1 = 0，2 =，可得公式3如圖3.3.1.3 所示。圖3.3.1.3 無限長直導(dǎo)線電磁分析無限長直導(dǎo)線周圍的電磁分布為一圈一圈的同心圓，并且強(qiáng)度隨r 增加呈減小的趨勢。根據(jù)這個(gè)特性，我們可以計(jì)算出電磁傳感器距離中心直導(dǎo)線的距離，從而確定小車在賽道上的位置。綜上分析，電磁傳感器以線圈最為合適。常用

22、的電感線圈有色環(huán)電感、工字電感，并且可以按照需求進(jìn)行電感訂做。但是，為了簡化起見，我們選用10mH工字型電感和色環(huán)電感作為檢測傳感器。10mH 電感有多種規(guī)格，直徑越大高度越高，在直導(dǎo)線同一位置獲得的電磁能量就越大，傳感器獲得的信號就越強(qiáng)，但是太大的電感會增加傳感器重量，引起機(jī)械結(jié)構(gòu)問題。在經(jīng)歷眾多次選型之后，我們選擇了工字型電感，在100mA直導(dǎo)線電流時(shí)它能檢測到峰峰值為40mV 左右的電壓值，能夠滿足我們控制的要求。選用電感如圖3.3.1.4 所示。圖3.3.1.4 選用的10mH電感3.3.2 傳感器的硬件制作選頻方式我們選擇了組委會推薦方案，即用10mH 電感和6.8nF 電容組成RL

23、C 并聯(lián)諧振回路進(jìn)行選頻，原理不再詳述。我們把信號的放大作為重點(diǎn)部分，放大方案的選擇成為傳感器制作的關(guān)鍵。三極管體積小，型號眾多易于選擇，價(jià)格相當(dāng)?shù)土７桨搁_始時(shí)候，我們用選用8050，在它身上我們下了不少功夫，但是取得的效果不太理想?；驹硎腔竟采浞糯笃髟?，在基本共射放大器的基礎(chǔ)上，我們添加過許多擴(kuò)展比如引入反饋、兩級放大、引入濾波電路等，但是因?yàn)樽詈蟮碾娐份^為復(fù)雜、電路質(zhì)量不高、檢測范圍較小而放棄。最后我們便轉(zhuǎn)向運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的選擇、實(shí)驗(yàn)也花費(fèi)了我們不少時(shí)間。下面我們主要介紹在LM358和LM386之間的選擇。一、 LM358 LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率

24、補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。LM358引腳圖如圖3.3.2.1所示。圖3.3.2.1 LM358引腳圖二、 LM386由于LM358的增益不可調(diào)，放大后峰值電壓不能滿足我們的需求，最終我們選用了LM386。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。同時(shí)LM3

25、86具有靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；工作電壓范圍寬（4-12V 、5-18V）；低失真度等優(yōu)良的特性。LM386引腳圖如圖3.3.2.2所示。圖3.3.2.2 LM386引腳圖典型應(yīng)用電路如圖3.3.2.3所示。圖3.3.2.3 LM386典型應(yīng)用 電路傳感器最終電路原理圖如圖3.3.2.4所示。圖3.3.2.4 傳感器原理圖傳感器中使用的二極管為1N5819肖特基二極管。肖特基二極管開啟電壓一般為0.1V-0.3V，因此我們可以增加信號輸出的動態(tài)范圍從而增加整個(gè)傳感器的靈敏度。傳感器在制作工藝上則使用了全貼片。這樣做使我們的傳感器更精致穩(wěn)定。另外，應(yīng)用在小車系統(tǒng)中還需要注意濾除電

26、源上面的干擾。在傳感器選擇的同時(shí)，我們?yōu)榱斯?jié)省花費(fèi)，充分利用了Proteus仿真軟件，增強(qiáng)了傳感器的真實(shí)可靠性。3.3.3 傳感器排布的設(shè)計(jì)我們小車傳感器的布局經(jīng)過以下三個(gè)階段的設(shè)計(jì)。方案一布局如圖3.3.3.1所示。圖3.3.3.1 方案一方案二布局如圖3.3.3.2所示。圖3.3.3.2 方案二方案三布局如圖3.3.3.3所示。圖3.3.3.3 方案三根據(jù)組委會推薦檢測參考方案3，方案一中，設(shè)兩個(gè)電感相距長度為L，電感距離導(dǎo)線高度h,兩個(gè)電感中心偏移賽道導(dǎo)線的距離為x，則可以計(jì)算兩個(gè)電感感應(yīng)電動勢的差值Ed：公式4設(shè)L=30cm，可得Ed 如圖3.3.3.4 所示。圖3.3.3.4 感應(yīng)電

27、動勢差值Ed 與距離x 之間的函數(shù)從圖3.3.3.4可以看出，當(dāng)傳感器中央在賽道中央時(shí)，Ed值為0。當(dāng)線圈往左移，感應(yīng)電動勢差值小于0；反之，當(dāng)線圈往右偏移，感應(yīng)電動勢大于0。因此在030cm之間，電動勢差值Ed與位移x 是一個(gè)單調(diào)函數(shù)?？梢允褂眠@個(gè)量對于小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行負(fù)反饋控制，從而保證兩個(gè)線圈的中心位置跟蹤賽道的中心線。通過改變線圈高度h ,線圈之間距離L可以調(diào)整位置檢測范圍以及感應(yīng)電動勢的大小?？傮w上講，方案三精度更高，能夠檢測的賽道橫向距離更寬。方案三的原理則與方案一、二基本相同同。最后我們利用方案三線圈偏離導(dǎo)線越遠(yuǎn)感應(yīng)電動勢越小的原理來檢測賽道信息。根據(jù)組委會推薦檢測參考方案4，可以知

28、道，感應(yīng)電動勢E是位置x的偶函數(shù)，呈現(xiàn)出如圖3.3.3.5所示的函數(shù)關(guān)系。圖3.3.3.5 感應(yīng)電動勢E與距離x之間的函數(shù)由此，我們可以通過測量8個(gè)電感線圈傳感器采集的信號幅度大小來確定導(dǎo)線的位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方案三具有更加精確的位置解算能力，并且利于速度控制。使用方案三，我們獲得了這三種方案中會較優(yōu)的效果。因此，我們最終確定傳感器布局方案為方案三。通過上位機(jī)讀回傳感器感應(yīng)電動勢E與距離x之間的函數(shù)關(guān)系如圖3.3.3.6所示。圖3.3.3.6 上位機(jī)讀回的傳感器感應(yīng)電動勢E與距離x之間的函數(shù)3.4 起跑線檢測起跑線檢測直接使用干簧管。當(dāng)干簧管不在磁鐵上方時(shí)，該I/O口處于高電平，。當(dāng)干簧管在

29、磁鐵上方時(shí)，該I/O口處于低電平。原理圖如圖3.4.1 所示。圖3.4.1 干簧管原理圖3.5 電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)驅(qū)動芯片我們選用BTN7970，它是一款針對電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的完全集成的大電流半橋芯片。它是NovalithICTM系列的成員之一，它的一個(gè)封裝中集成了一個(gè)P通道場效應(yīng)管在上橋臂和一個(gè)N通道場效應(yīng)管在下橋臂以及一個(gè)控制集成電路。由于上橋臂采用的是P通道開關(guān)，對于電荷泵的需求也就不復(fù)存在了，因此電磁干擾減至了最小。由于集成在內(nèi)驅(qū)動集成電路具有邏輯電平輸入，與微控制器的連接變得非常簡單，且該驅(qū)動集成電路還具有電流檢測診斷、轉(zhuǎn)換率調(diào)整、死區(qū)時(shí)間生成以及過熱、過壓、欠壓、過流和短路保護(hù)。BTN7

30、970在較小的電路板空間占用的情況下為大電流保護(hù)的PWM電機(jī)驅(qū)動提供了一種成本優(yōu)化的解決方案。本小車系統(tǒng)驅(qū)動板共用2片BTN7970，共同組成了一個(gè)全橋。此芯片開關(guān)頻率可以達(dá)到25kHZ，可以很好地解決電機(jī)噪聲大和發(fā)熱的問題、同時(shí)驅(qū)動能力有了明顯的提高，相應(yīng)速度快。但是，電機(jī)變速時(shí)會使電源電壓下降10%左右，控制器等其他電路容易產(chǎn)生掉電危險(xiǎn)，從而使整個(gè)電路系統(tǒng)癱瘓。為此我們在驅(qū)動芯片與單片機(jī)系統(tǒng)之間增加了隔離保護(hù)芯片74LS244 。具體的電路原理圖如圖3.5.1 所示。圖3.5.1 電機(jī)驅(qū)動模塊原理圖BTN7970的具體控制方法如表3.5.1所示。表3.5.1 BTN7970控制方法由于BT

31、S7970與BTN7970的使用方法基本一致，在這里我們介紹一下BTS7970典型應(yīng)用電路如圖3.5.2所示。圖3.5.2 BTS7970典型應(yīng)用電路3.6 測速裝置測速的常用方式有霍爾傳感器、光電傳感器、測速電機(jī)、編碼器四種。前期我們主要采用測速電機(jī)，但是使用過程中發(fā)現(xiàn)這種方式測量精度不高，并且穩(wěn)定性不好。經(jīng)過多次選型測試后，我們選用編碼器進(jìn)行測速。根據(jù)不同的測速精度要求，我們分別選用了200線、360線、500線旋轉(zhuǎn)編碼器。線數(shù)越高，測速精度就越高，但是體積就越大。我們最終選用了歐姆龍出品的360線編碼器（E6A2-CS3E）。使用這種編碼器足夠滿足精度需求，并且輸出數(shù)字接口，直接輸出測速

32、脈沖，供單片機(jī)采樣以獲得實(shí)際速度值。3.7 小車主板設(shè)計(jì)最初的主板我們直接采用萬用板搭建，所有元件都為直插式，各部分模塊都焊接在一張萬用版上，搭建出的主板較重，穩(wěn)定性較差。在我們燒壞了一些芯片后，我們對小車的主板進(jìn)行了徹底改進(jìn)。小車主板我們采用雙面PCB板設(shè)計(jì)，從而獲得了較高的穩(wěn)定性。主板電路包括電源模塊、單片機(jī)接口、撥碼開關(guān)、指示燈、編碼器接口、舵機(jī)接口、電機(jī)驅(qū)動接口、以及其他調(diào)試接口。一代電路板如圖3.7.1所示。圖3.7.1 一代電路板二代電路板如圖3.7.2所示。圖3.7.2 二代電路板最終電路板如圖3.7.2所示。圖3.7.3 最終電路板第四章 智能車軟件系統(tǒng)本智能車的軟件采用Cod

33、e Warrior IDE 5.9.0進(jìn)行編寫，該平臺帶有Processor Expert模式，可以在這種模式下實(shí)現(xiàn)所有硬件初始化，使得單片機(jī)非常方便用而不必過多考慮單片機(jī)內(nèi)部寄存器設(shè)置。另外本章還詳細(xì)介紹了智能車軟件控制思路、算法，并附帶了某些函數(shù)實(shí)現(xiàn)方法。4.1 軟件系統(tǒng)概述整個(gè)小車的程序我們沒有將軟件分模塊編寫，就用了一個(gè)main函數(shù)。這樣解決問題相對簡單，但是可移植性差。如若體現(xiàn)程序的模塊性和可移植性，程序應(yīng)該分成各個(gè)模塊進(jìn)行分別處理，而各模塊也有相應(yīng)的形參做為接口，這樣便實(shí)現(xiàn)了可移植性、通用性。這也是我們今后需要改進(jìn)的地方。程序中用到的硬件資源有PWM模塊、AD模塊、脈沖累加器、普通

34、I/O口。智能車跑起來的基礎(chǔ)是硬件電路和機(jī)械的調(diào)整，而讓車開始提速的是軟件，我們的程序繼承了上一屆的優(yōu)點(diǎn)，更多地吸取了他們的經(jīng)驗(yàn)。在經(jīng)過幾個(gè)月的調(diào)試完善后，程序從剛開始的初始化到后來的閉環(huán)再到剎車程序的編寫，由剛開始的幾十行到幾百行的過度。整個(gè)小車軟件系統(tǒng)共用了6個(gè)單片機(jī)硬件模塊，分別是時(shí)鐘PLL模塊，PWM模塊，IO模塊，輸入捕捉模塊，AD模塊，中斷模塊。下面就這些模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。4.2 時(shí)鐘模塊首先是時(shí)鐘鎖相環(huán)模塊，PLL模塊能夠給各個(gè)模塊提供精確的工作頻率，剛開始我們使用的是24M的主頻，隨著程序的改動中期出現(xiàn)了程序運(yùn)行周期太長的問題，我們選擇了升頻。將頻率升為48M，

35、升頻對于我們的程序來說其實(shí)是不必要的，因?yàn)閷τ谝粋€(gè)簡單的程序單片機(jī)處理的很快。升頻的同時(shí)也會帶來其他問題，也就是說升頻以后所有模塊所用的頻率不變的前提下得去修改他們的寄存器值。此外，我們還遇到了一些奇怪的問題，最終的解決辦法是看英文datasheet。4.3 AD模塊以及信號采集策略在AD的初始化中我們對AD的采樣方法、采樣周期、采樣密度，進(jìn)行了細(xì)致的編寫。具體處理AD值方面，如圖4.3.1所示。圖4.3.1 AD值處理流程圖為了實(shí)現(xiàn)上訴的過程我們寫了一個(gè)函數(shù)如下：void GetVal() uchar i,j,k,m; uint JiaoHuan; ADv0=0;ADv1=0;ADv2=0;

36、ADv3=0;ADv4=0;ADv5=0;ADv6=0;ADv7=0; for(i=0;i10;i+) while(!ATD0STAT0_SCF); ADval0i= ATD0DR0L;ADval1i= ATD0DR1L;ADval2i= ATD0DR2L;ADval3i= ATD0DR3L; ADval4i= ATD0DR4L;ADval5i= ATD0DR5L;ADval6i= ATD0DR6L;ADval7i= ATD0DR7L; for(m=0;m10;m+) ADv0+=ADval0m;ADv1+=ADval1m;ADv2+=ADval2m;ADv3+=ADval3m; ADv4+=

37、ADval4m;ADv5+=ADval5m;ADv6+=ADval6m;ADv7+=ADval7m; ADvv0=ADv0*beilvsetC0;ADvv1=ADv1*beilvsetC1; ADvv2=ADv2*beilvsetC2; ADvv3=ADv3*beilvsetC3; ADvv4=ADv4*beilvsetC4;ADvv5=ADv5*beilvsetC5; ADvv6=ADv6*beilvsetC6; ADvv7=ADv7*beilvsetC7; AD_mix0= ADvv0*10+1; AD_mix1= ADvv1*10+2; AD_mix2= ADvv2*10+3; AD_m

38、ix3= ADvv3*10+4; AD_mix4= ADvv4*10+5; AD_mix5= ADvv5*10+6; AD_mix6= ADvv6*10+7; AD_mix7= ADvv7*10+8; for(k=0;k=7;k+) for(j=k+1;j=7;j+) if(AD_mixkAD_mixj) JiaoHuan=AD_mixk; AD_mixk=AD_mixj; AD_mixj=JiaoHuan; 此函數(shù)的作用是輸出有效的控制序列。接下來的任務(wù)就是如何使用這些量，方法是將兩個(gè)最大的AD值取出來對10取余得到他們的對應(yīng)序號，這樣就知道了哪兩個(gè)傳感器離導(dǎo)線近一點(diǎn)。根據(jù)這兩個(gè)傳感器AD的

39、差值再與之前預(yù)先設(shè)定的AD值比較，同時(shí)乘上一個(gè)距離值就得到了坐標(biāo)X。經(jīng)軟件處理后，傳感器AD值如圖4.3.2所示。 圖4.3.2 傳感器AD值根據(jù)上圖可以分析傳感器的坐標(biāo)，其計(jì)算坐標(biāo)流程圖如圖4.3.3所示。圖4.3.3坐標(biāo)計(jì)算流程圖4.4 PWM模塊以及控速策略PWM模塊可分為兩個(gè)部分：電機(jī)控制；舵機(jī)控制。這就涉及到控制策略，首先是舵機(jī)的控制。我們使用的是PD控制，P起主導(dǎo)調(diào)節(jié)的作用。在起初我們一直都只用P控制，后來發(fā)現(xiàn)P大了會讓舵機(jī)抖動，直至導(dǎo)致直道不穩(wěn)定。后來便將D引進(jìn)來，我發(fā)現(xiàn)對于連續(xù)寬泛的坐標(biāo)量D的作用很明顯，減小超調(diào)、克服震蕩。其次是電機(jī)控制。要實(shí)現(xiàn)小車電機(jī)能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想速度

40、，而又無震蕩，無超調(diào)是很難的。經(jīng)過多次試驗(yàn)后，我們選用了增量式PID進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速，沒有涉及到模糊PID。一般PID足以勝任小車的速度調(diào)節(jié)，但是PID三個(gè)參數(shù)的整定需要花費(fèi)大量的時(shí)間，因此選擇合適的調(diào)試手段便是關(guān)鍵。在速度的設(shè)置，我們的策略很簡單，就是直道高速，大弧彎道高速，小弧彎道低速。這期間我們試過用二次函數(shù)來分配速度，同時(shí)編寫了一個(gè)二次函數(shù)系數(shù)計(jì)算器。使用起來簡單、方便，只要輸入三個(gè)坐標(biāo)，就可以得到二次函數(shù)的三個(gè)系數(shù)。二次函數(shù)系數(shù)計(jì)算器如圖4.4.1所示。 圖4.4.1二次函數(shù)系數(shù)計(jì)算器利用二次函數(shù)的圖像性質(zhì)我們可以將高速放在大弧上，中速放在直道上，以平衡彎道上的機(jī)械減速。這樣做有一個(gè)缺

41、點(diǎn)，速度過于連續(xù)的設(shè)置容易導(dǎo)致高速和低速相差不大的情況下導(dǎo)致小車在小弧段往外沖，這就得加上速度限幅。這一點(diǎn)二次函數(shù)沒有恒速的穩(wěn)定。可以講二次函數(shù)的開口過小，會讓速度分布有落差，高速低速不斷的改變，這樣對驅(qū)動的能力又是一個(gè)考驗(yàn)。在這之后，我們便使用了幾個(gè)固定的速度來對電機(jī)調(diào)速。這樣很穩(wěn)定，但有時(shí)會調(diào)節(jié)不及時(shí)。為了平衡速度的調(diào)節(jié)，我們將上面兩種方法結(jié)合，由二次函數(shù)來分配高速段，由固定速度分配低速段，這樣相對穩(wěn)定一些。速度分配流程圖如圖4.4.2所示。至于賽道的區(qū)分是通過計(jì)算出的X坐標(biāo)分析得到的。比如，可以記直道長度來辨別直道，其他的道路亦可如此，前提是傳感器足夠穩(wěn)定，還需要濾掉雜值。有些跳變是可以

42、允許的，程序的容錯(cuò)性在這里應(yīng)得到體現(xiàn)。圖4.4.2速度分配流程圖4.5 終點(diǎn)線檢測電磁組比賽的起跑線檢測較為容易，直接通過干簧管便可檢測。當(dāng)干簧管在磁鐵上方時(shí)候?qū)◤亩答伣oIO口，實(shí)現(xiàn)起跑線檢測?？梢栽谙到y(tǒng)剛開始的一段時(shí)間不檢測IO口過了一段時(shí)間后檢測，這樣簡單精確。4.6 主程序流程圖主程序流程圖如圖4.6.1所示：圖4.6.1 主程序流程圖第五章 智能車開發(fā)平臺在本智能車系統(tǒng)制作過程中，我們應(yīng)用了硬件仿真平臺Proteus 7.7，硬件開發(fā)平臺Protel 99SE 、LabView 2010,軟件開發(fā)平臺Code Warrior，數(shù)學(xué)分析平臺MATLAB。5.1 硬件開發(fā)平臺5.1.1

43、 硬件仿真平臺在傳感器，電源的設(shè)計(jì)上，我們使用了Proteus 7.7軟件作為主要仿真平臺7。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。主要特點(diǎn)如下：1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合；2.支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真；3.提供軟件調(diào)試功能；4.具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。在Proteus中進(jìn)行傳感器的仿真如圖5.1.1.1所示。圖5.1.1.1 傳感器的仿真在仿真軟件中利用虛擬示波器可以很方便、很直觀的觀察信號波形，并且示波器面板

44、模擬實(shí)際示波器面板，操作簡便。如圖5.1.1.2.所示。圖5.1.1.2 信號波形5.1.2 硬件開發(fā)平臺一、Protel 99SE小車的電路板我們運(yùn)用Protel 99SE8軟件繪制，最終印制成雙面電路板。Protel 99SE是ProklTechnology公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是大中專院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè)計(jì)（Advanced PCB）。其中Advanced Sche

45、matic由兩部分組成：電路圖編輯器（Schematic）和元件庫編輯器（Schematic Library）。進(jìn)入Design Protel 99SE后在Documents中通過右鍵“New”建立 “Schematic Document”文件，打開后即可進(jìn)行電路原理圖的編輯。先按照已畫好的電路草圖將所有元件找到拖放到編輯框里，再按照電路圖標(biāo)準(zhǔn)的把線接好。繪制原理圖的工作界面如圖5.1.2.1所示。圖5.1.2.1 繪制原理圖工作界面原理圖繪制完畢后需要?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。再在Documents中通過右鍵“New”建立 “PCB Document”文件，打開先畫出板子的大小，再導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，將原件擺放好

46、后就開始布線工作了，最后進(jìn)行ERC的檢驗(yàn)。繪制PCB的工作界面如圖5.1.2.2所示。圖5.1.2.2 繪制PCB工作界面二、LabView 2010 在調(diào)試傳感器感應(yīng)電動勢曲線和電機(jī)響應(yīng)曲線的同時(shí)，我們自行開發(fā)了LabView 2010上位機(jī)軟件，在兩者的調(diào)試過程中節(jié)省了大量時(shí)間。LabView是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabView與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabView使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。Labview作為圖形化編程語言，可以方便快捷

47、的編寫一款數(shù)據(jù)處理軟件，其自身控件豐富可以滿足大小工程的的需要，本上位機(jī)軟件版本為LabView 2010，串口驅(qū)動為VISA530，用自動配對藍(lán)牙模塊作為無線發(fā)送與接收設(shè)備，實(shí)時(shí)性一般，但也可以讓車跑起來實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，以此作為調(diào)試程序的參考。在實(shí)時(shí)性上如果想要得到更好的效果可以選則更好的無線模塊。在學(xué)習(xí)LabView時(shí)主要參考LabView自身的幫助、示例和網(wǎng)友的程序，以比賽使用范圍為目標(biāo)學(xué)習(xí)，其中涉及串口、循環(huán)體、類型轉(zhuǎn)換、圖形顯示、數(shù)據(jù)記錄、屬性調(diào)整等等。LabView 2010程序面板如圖5.1.2.3所示。圖5.1.2.3 程序面板LabView處理后的傳感器感應(yīng)電動勢的圖像如圖5.

48、1.2.4所示。圖5.1.2.4 LabView下的傳感器感應(yīng)電動勢圖像對小車剎車進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集如圖 5.1.2.5所示。圖5.1.2.5 LabView采集到的剎車數(shù)據(jù)5.2 軟件開發(fā)平臺本次飛思卡爾智能車大賽的軟件開發(fā)平臺為 Code Warrior。Code Warrior 是面向以HC12和S12為CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件包，包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器等。在Code Warrior軟件中可以使用匯編語言或C語言，以及兩種語言的混合編程。其使用界面如圖5.2.1 所示。圖5.2.1

49、 Freescale Code Warrior 運(yùn)行界面用戶可在新建工程時(shí)將芯片的類庫添加到集成環(huán)境開發(fā)環(huán)境中，工程文件一旦生成就是一個(gè)最小系統(tǒng)，用戶無需再進(jìn)行繁瑣的初始化操作，就能直接在工程中添加所需的程序代碼。在硬件初始化及控制方面，選取PE模式進(jìn)行設(shè)置，不需要用戶去操作繁瑣的寄存器，就可以進(jìn)行硬件的初始化，當(dāng)需要在軟件執(zhí)行中使用相關(guān)寄存器時(shí)，只需要調(diào)用PE自動封裝好的相關(guān)函數(shù)即可。如圖5.2.2 所示，利用BDM 和Code Warrior自帶的hiwave.exe用戶可以進(jìn)行一系列的調(diào)試工作，如監(jiān)視寄存器狀態(tài)、修改PC指針、設(shè)置斷點(diǎn)等，這樣能幫助我們快速的找到軟件或者硬件的錯(cuò)誤之處。圖

50、5.2.2 Code Warrior 調(diào)試界面5.3 數(shù)學(xué)分析平臺在分析小車電機(jī)響應(yīng)曲線以及調(diào)節(jié)PID參數(shù)時(shí)，我們使用了MATLAB數(shù)學(xué)分析平臺。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、

51、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。軟件的編程界面如圖5.3.1所示。圖5.3.1 MATLAB編程界面對小車電機(jī)控制系統(tǒng)建模后，在Simulink下進(jìn)行PID參數(shù)整定。如圖5.3.2所示。圖5.3.2 Simulink下的參數(shù)整定在Simulink下，參數(shù)整定后的電機(jī)響應(yīng)曲線如圖5.3.3所示。圖5.3.3 參數(shù)整定后的電機(jī)響應(yīng) 曲線第六章 總結(jié)6.1 參賽心得 從2011年3月份開始準(zhǔn)備比賽到目前，我們經(jīng)過近半年的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我們的飛思卡爾智能車也終于駛向了全國總決賽的

52、賽場。半年的時(shí)間里我們放棄了很多，但最終我們的努力得到了收獲。半年來的發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，讓我們每個(gè)人受益匪淺。我們小組的成員始終齊心協(xié)力，勤于思考，努力探索，吸取前人經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮設(shè)計(jì)創(chuàng)新。我們認(rèn)為今天努力的成果離不開我們每周為自己設(shè)下的任務(wù)，同時(shí)使用合理的方法和方便、高效的調(diào)試手段在調(diào)試小車的過程中顯得十分重要。在想法發(fā)生分歧時(shí)我們也激烈的爭吵過，但那都是為了一個(gè)共同的目標(biāo)。在遇到困難時(shí)，我們更是冷靜的坐下來，集思廣益，將問題盡快的解決掉。設(shè)計(jì)制作過程中遇到了多少風(fēng)雨已經(jīng)不能記起，但是我們知道的是我們在風(fēng)雨之后依然站起來了！因?yàn)槲覀兘小斑h(yuǎn)航”，在狂風(fēng)暴雨面前依然風(fēng)雨無阻！“團(tuán)”是團(tuán)結(jié)的意思；“隊(duì)

53、”是不只一個(gè)人，一切事不能由一個(gè)人來做。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，無論在什么情況下，個(gè)人的能力不能算第一位，團(tuán)隊(duì)的精神、團(tuán)隊(duì)的爆發(fā)力、團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)造力才是體現(xiàn)一個(gè)團(tuán)隊(duì)強(qiáng)大最根本的體現(xiàn)。在本屆飛思卡爾智能車設(shè)計(jì)過程中，我們努力探索傳感器方案、電機(jī)驅(qū)動方案、控制方案，從方案的選擇到器件的選型再到硬件的設(shè)計(jì)制作和實(shí)驗(yàn)，這個(gè)過程中，我們似乎看到了一個(gè)商業(yè)化設(shè)計(jì)的雛形。面對我們手頭有限的軟硬件資源，在制作過程中我們把能夠利用上的都盡量利用。在芯片的選型中，我們一個(gè)個(gè)芯片比對、仿真以求在有限的資金供應(yīng)下獲得良好的效果，從而節(jié)省了時(shí)間。在控制方案調(diào)試過程中，小車不知道撞了多少次，零件不知道換了多少回，賽道幾乎都快磨破了。這些讓我們在今后的設(shè)計(jì)、控制中，即做到了對設(shè)計(jì)、控制的優(yōu)化，也做到了節(jié)約成本。對于做智能車從一開始就要有明確的思路，硬件該怎么做、程序該怎么調(diào)、什么樣的狀況才是好的；我們做車的思路是硬件、軟件由少到多由簡到繁，賽車穩(wěn)定才是好的，這個(gè)速度穩(wěn)定，就提高點(diǎn)速度，不穩(wěn)了，再調(diào)穩(wěn)，一點(diǎn)一點(diǎn)提速，遇到問題多采用排除法和單一變量法解決；另外，從一開始就應(yīng)該注意車體重量，無關(guān)緊要的、花哨的東西都應(yīng)該去掉?？傊?，本次比賽讓我們受益匪淺，同時(shí)也豐富了我們的大學(xué)生活