光電組技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、第八屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告學(xué)校：中南民族大學(xué)隊(duì)伍名稱(chēng)：混沌騎士參賽隊(duì)員：姚德翔甘仕舉徐睿帶隊(duì)教師：尹建新陳銀吳嶺清關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解第七屆“飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)邀請(qǐng)賽關(guān)保存、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(huì)和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁(yè)上收錄并公開(kāi)參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車(chē)的視頻、圖像資料,并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會(huì)出版論文集中.本文以第八屆飛思卡爾杯全國(guó)智能車(chē)競(jìng)賽光電平衡組為背景,介紹了直立車(chē)模循跡系統(tǒng).系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了自頂向下的整體設(shè)計(jì)思想,以Freescale微限制芯片

2、XS128為核心,并以CodeWarriorlDE為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái).硬件局部采用自主設(shè)計(jì)的主板電路、傳感器電路以及驅(qū)動(dòng)電路.傳感器電路采用LM358運(yùn)放實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)放大,采用速度傳感器MMA7260和加速度傳感器陀螺儀ENC-03實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)模狀態(tài)的檢測(cè),驅(qū)動(dòng)電路采用集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS7960B來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效驅(qū)動(dòng).關(guān)鍵詞：XS128直立限制第一章引言1.1 概述全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽是以智能汽車(chē)為研究對(duì)象的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽,是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng),是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競(jìng)賽之一.該競(jìng)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

3、的綜合知識(shí)運(yùn)用水平、根本工程實(shí)踐水平和創(chuàng)新意識(shí),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、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.特別需要說(shuō)明的是,智能汽車(chē)競(jìng)賽組委會(huì)將電磁組比賽規(guī)定為車(chē)模直立行走,車(chē)模直立行走比賽是要求仿照兩輪自平衡電動(dòng)車(chē)的行進(jìn)模式,讓車(chē)模以?xún)蓚€(gè)后輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直立行走.近年來(lái),兩輪自平衡電動(dòng)車(chē)以其行走靈活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)得到了很大的開(kāi)展.國(guó)內(nèi)外有很多這方面的研究,也有相應(yīng)的產(chǎn)品.在電磁組比賽中,利用了原來(lái)C型車(chē)模雙后輪驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)兩輪自平衡行走.相對(duì)于傳統(tǒng)的四輪行走的車(chē)模競(jìng)賽模式,車(chē)模直立行走在硬件設(shè)計(jì)、限制開(kāi)發(fā)以及調(diào)試等方面提

4、出了更高的要求本技術(shù)報(bào)告主要將闡述我們隊(duì)整個(gè)智能車(chē)的設(shè)計(jì)理念和思想,本著交流與共享的原那么,我們毫無(wú)保存的提供了所有的核心思想及算法理論,希望與大家共同成長(zhǎng)交流,由于我們相信思想只有在交流中產(chǎn)能碰撞出火花,技術(shù)只有在分享中才能成長(zhǎng)進(jìn)步,希望本文能為下一屆同學(xué)提供一定幫助.1.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)光電平衡組比賽要求車(chē)模在直立的狀態(tài)下以?xún)蓚€(gè)輪子著地沿著賽道進(jìn)行比賽,這勢(shì)必增加了限制難度,算法也相對(duì)復(fù)雜,我們將限制分為三個(gè)根本方面：直立控制,速度限制和方向限制,分別進(jìn)行算法限制,最終將三方面融合實(shí)現(xiàn)目標(biāo)限制.根據(jù)功能不同,光電平衡車(chē)體系結(jié)構(gòu)大致包括傳感器、限制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人機(jī)接口和電源五大局部.1 .限

5、制局部分析傳感器數(shù)據(jù),提取賽道信息,運(yùn)行限制算法,向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作信號(hào),限制賽車(chē)沿賽道行駛.限制局部主體是單片機(jī)XS128.2 .傳感器局部負(fù)責(zé)感知外部世界的環(huán)境信息和車(chē)模自身的狀態(tài)信息,為小車(chē)完成賽道的檢測(cè)與跟蹤以及實(shí)現(xiàn)小車(chē)的直立、速度和方向限制提供所需的信息.傳感器局部包括TSL1401傳感器、速度編碼器、加速度計(jì)和陀螺儀等幾個(gè)模塊.3 .執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行動(dòng)作信號(hào),實(shí)現(xiàn)車(chē)的直立、變速和轉(zhuǎn)向.執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī).4 .電源局部負(fù)責(zé)向各局部提供適宜的電源,包括電池和穩(wěn)壓模塊.5 .人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)模式和參數(shù)選擇、狀態(tài)指示、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等人機(jī)交互功能,包括撥碼開(kāi)關(guān)、LCD液晶顯示、

6、無(wú)線(xiàn)等模塊.1.3論文結(jié)構(gòu)安排本技術(shù)報(bào)告總共分為七個(gè)章節(jié).第一章節(jié)是引言,主要介紹研究背景、系統(tǒng)方案和論文安排等.第二章節(jié)是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),分別介紹了硬件的幾個(gè)根本局部：TSL1401傳感電路,加速度計(jì)和陀螺儀,編碼器和限制器.第三章節(jié)主要介紹系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì),車(chē)模改造.第四和第五章節(jié)主要是賽車(chē)主要技術(shù)參數(shù)和結(jié)論,就車(chē)模制作過(guò)程整體情況和技術(shù)指標(biāo)做簡(jiǎn)要說(shuō)明,以及存在的問(wèn)題和改良方法.第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的根底,只有搭建好了穩(wěn)定可靠的硬件環(huán)境,才能為后續(xù)的軟件提供幫助,同時(shí)硬件設(shè)計(jì)也能為軟件算法提供一種補(bǔ)償作用,所以說(shuō)好的硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.2.1、藍(lán)宙TSL1401線(xiàn)性

7、CCD環(huán)境光影響問(wèn)題試驗(yàn)說(shuō)明TSL1401線(xiàn)fCCD的輸出信號(hào)和環(huán)境光線(xiàn)密切相關(guān),在自然光條件比晚上燈光下AO引腳輸出電壓值高出很多,正對(duì)著光線(xiàn)比背著光線(xiàn)輸出電壓高,白熾燈光下比日光燈下輸出電壓高.因此,同一參數(shù)曝光時(shí)間、鏡頭光圈難以適應(yīng)各種環(huán)境,在光線(xiàn)較弱環(huán)境下的參數(shù)在強(qiáng)光下會(huì)出現(xiàn)輸出飽和,在較強(qiáng)光線(xiàn)下調(diào)節(jié)好的參數(shù)在弱光下輸出電壓過(guò)低,甚至處于截止?fàn)顟B(tài).在智能車(chē)應(yīng)用中,白天自然光環(huán)境和晚上燈光環(huán)境、正對(duì)光和背光、不同的比賽場(chǎng)地之間都不能采用相同的曝光參數(shù).與輸出電壓密切相關(guān)的參數(shù)是曝光量,曝光量取決于CCD模塊所采用的鏡頭光圈大小和程序所限制的曝光時(shí)間.智能車(chē)為適應(yīng)各種運(yùn)行環(huán)境,必須實(shí)時(shí)感知

8、環(huán)境,并根據(jù)環(huán)境閉環(huán)調(diào)節(jié)曝光量,使得在不同環(huán)境中曝光量都處于一個(gè)合理的范圍,這樣才能保證在不同環(huán)境中CCD輸出電壓在合理范圍,以利于算法提取黑線(xiàn)信息.鏡頭相關(guān)參數(shù)一旦選定在智能車(chē)運(yùn)行難以改變,曝光時(shí)間比擬容易通過(guò)程序限制,因此比擬容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)整曝光量方法是通過(guò)軟件調(diào)整曝光時(shí)間.曝光時(shí)間調(diào)整方法見(jiàn)“曝光時(shí)間自適應(yīng)策略一章.輸出信號(hào)放大根據(jù)上一章所述,可以通過(guò)調(diào)整曝光時(shí)間來(lái)適應(yīng)各種環(huán)境,在弱光環(huán)境增大曝光時(shí)間,在強(qiáng)光下減小曝光時(shí)間.但是曝光時(shí)間不能無(wú)限增大的,由于增大曝光時(shí)間勢(shì)必降低采樣率每秒采樣次數(shù)采樣率低限制周期就長(zhǎng),智能車(chē)反響就慢.根據(jù)歷屆攝像頭車(chē)參賽經(jīng)驗(yàn),1米的前瞻,3.5m/s的速度情況

9、下,限制周期不得高于20ms采樣率不得低于50Hz,否那么智能車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)反響再快也無(wú)法很好跟隨賽道而沖出賽道.限制周期不高于20ms就意味著曝光時(shí)間不能超過(guò)20ms.試驗(yàn)時(shí),我們將TSL1401線(xiàn)fCCD曝光時(shí)間調(diào)整到20ms采用周期20ms,分別在強(qiáng)光、弱光、燈光不同環(huán)境進(jìn)行采用,采樣數(shù)據(jù)說(shuō)明環(huán)境光線(xiàn)較弱時(shí)CCD輸出信號(hào)較低,以致賽道黑線(xiàn)信息不夠明顯,晚上日光燈環(huán)境下輸出信號(hào)電壓值更低,幾乎接近0,根本無(wú)法辨別賽道信息！由于智能車(chē)制作和調(diào)試很大局部時(shí)間都是在晚上,因此必須在不降低采樣率的情況下,增大晚上弱光環(huán)境下線(xiàn)性CCD的輸出電壓.要增大輸出電壓,簡(jiǎn)單有效的方法就是放大輸出信我們可以采用運(yùn)

10、放來(lái)放大AO輸出信號(hào).藍(lán)宙電子實(shí)踐說(shuō)明增大運(yùn)放能非常有效的解決弱光時(shí)輸出電壓低問(wèn)題,在晚上環(huán)境同1¥能到達(dá)50Hz的采樣率,這是無(wú)運(yùn)放的線(xiàn)TCCD無(wú)法到達(dá)的.為了能保證輸出電壓在合理范圍不飽和、不截止、能分辨賽道黑線(xiàn),需要根據(jù)選定的鏡頭確定運(yùn)放放大倍數(shù).以下是藍(lán)宙電子線(xiàn)性CCD模塊鏡頭為無(wú)畸變鏡頭中的運(yùn)放電路圖:其中運(yùn)放放大倍數(shù)A=1+R5/R4,此電路中A=11,也就是對(duì)TSL1401的AO信號(hào)進(jìn)彳T11倍放大.由于增加了運(yùn)放,白天環(huán)境下的采樣率可以調(diào)節(jié)到更高,甚至可以到達(dá)100Hz.增加了運(yùn)放也會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,就是在全黑的環(huán)境例如蓋上鏡頭蓋下線(xiàn)性CCD的輸出已經(jīng)不再接近0V,這里

11、我們稱(chēng)全黑的環(huán)境對(duì)應(yīng)的電壓為暗電壓,藍(lán)宙電子設(shè)計(jì)的CCD模塊暗電壓是1V左右.其實(shí)暗電壓完全不影響上層軟件提取賽道黑線(xiàn),我們可以把這個(gè)暗電壓當(dāng)做信號(hào)中的直流分量,將采集的每個(gè)像素點(diǎn)的電壓減去暗電壓就可以了,該方法已經(jīng)驗(yàn)證可行,讀者也可以實(shí)踐.曝光時(shí)間自適應(yīng)策略如果競(jìng)賽環(huán)境各個(gè)方向的光線(xiàn)均勻一致,我們可以在賽車(chē)出發(fā)前根據(jù)環(huán)境光線(xiàn)調(diào)節(jié)一個(gè)合理的曝光時(shí)間,以得到合理的輸出,這樣賽車(chē)就能采用一個(gè)固定的曝光時(shí)間跑完全程.但是這是最理想的情況,實(shí)際比賽環(huán)境遠(yuǎn)沒(méi)有假設(shè)的這么理想,實(shí)際比賽場(chǎng)館會(huì)有窗戶(hù),賽道頂上也可能有燈,因此賽車(chē)的前進(jìn)方向正對(duì)窗戶(hù)和背對(duì)窗戶(hù)不能采用同一曝光參數(shù),電燈下和里燈較遠(yuǎn)處也不能采用相

12、同曝光參數(shù).換句話(huà)說(shuō)要想賽車(chē)完整跑完全程需要適時(shí)地、動(dòng)態(tài)的調(diào)整曝光參數(shù).以下就藍(lán)宙電子研究的曝光時(shí)間自適應(yīng)策略跟大家做一個(gè)介紹,策略示意圖如下：線(xiàn)性CCD模塊的曝光時(shí)間,反響是線(xiàn)性CCD感應(yīng)到的曝光量.調(diào)節(jié)的目標(biāo)是設(shè)定曝光量.限制器的工作原理是將設(shè)定的曝光量減去實(shí)際曝光量,差值即為曝光量的偏差e,曝光量調(diào)節(jié)器用Kp乘以e再加上上次的曝光時(shí)間作為新的曝光時(shí)間進(jìn)行曝光,曝光時(shí)間調(diào)整后直接影響實(shí)際反響的曝光量.如此反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)就能到達(dá)適應(yīng)環(huán)境光的目的.需要大家注意的是實(shí)際曝光量并不是某一個(gè)像素的曝光量,由于單個(gè)像素是無(wú)法反響環(huán)境光強(qiáng)度的,實(shí)際曝光量應(yīng)該是一段時(shí)間和一定像素點(diǎn)強(qiáng)度的函數(shù).藍(lán)宙電子的做法

13、是取一次采集到的128個(gè)像素電壓的平均值作為曝光量當(dāng)量,設(shè)定的曝光量也就是設(shè)定的128像素點(diǎn)平均電壓.采用該策略后線(xiàn)性CCD采集到電壓值在正常的智能車(chē)運(yùn)行環(huán)境中都能保持在合理范圍內(nèi).2.2 加速度計(jì)和陀螺儀2.2.1 加速度計(jì)加速度傳感器可以測(cè)量由地球引力作用或者物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度.競(jìng)賽規(guī)那么規(guī)定如果車(chē)模使用加速度傳感器必須使用飛思卡爾公司產(chǎn)生的加速度傳感器.該系列的傳感器采用了半導(dǎo)體外表微機(jī)械加工和集成電路技術(shù),傳感器體積小,重量輕.由于加速度使得機(jī)械懸臂與兩個(gè)電極之間的距離發(fā)生變化,從而改變了兩個(gè)電容的參數(shù).通過(guò)集成的開(kāi)關(guān)電容放大電路量測(cè)電容參數(shù)的變化,形成了與加速度成正比的電壓輸出.

14、MMA7260是一款三軸低g半導(dǎo)體加速度計(jì),可以同時(shí)輸出三個(gè)方向上的加速度模擬信號(hào).通過(guò)設(shè)置可以使得MMA7260各軸信號(hào)最大輸出靈敏度為800mV/g,這個(gè)信號(hào)無(wú)需要在進(jìn)行放大,直接可以送到單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換.I6inGf圖2-6MMA7260三軸加速度傳感器只需要測(cè)量其中一個(gè)方向上的加速度值,就可以計(jì)算出車(chē)模傾角,比方使用Z軸方向上的加速度信號(hào).車(chē)模直立時(shí),固定加速度器在Z軸水平方向,此時(shí)輸出信號(hào)為零偏電壓信號(hào).當(dāng)車(chē)模發(fā)生傾斜時(shí),重力加速度g便會(huì)在Z軸方向形成加速度分量,從而引起該軸輸出電壓變化.變化的規(guī)律為：Ukgsin式中,g為重力加速度,.為車(chē)模傾角；為加速度傳感器靈敏度系數(shù)系數(shù).當(dāng)

15、傾角.比擬小的時(shí)候,輸出電壓的變化可以近似與傾角成正比,Ukg似乎只需要加速度就可以獲得車(chē)模的傾角,再對(duì)此信號(hào)進(jìn)行微分便可以獲得傾角速度.但在實(shí)際車(chē)模運(yùn)行過(guò)程中,由于車(chē)模本身的擺動(dòng)所產(chǎn)生的加速度會(huì)產(chǎn)生很大的干擾信號(hào),它疊加在上述測(cè)量信號(hào)上使得輸出信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確反映車(chē)模的傾角,車(chē)模運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度使得輸出電壓在實(shí)際傾角電壓附近波動(dòng),為了減少運(yùn)動(dòng)引起的干擾,加速度傳感器安裝的高度越低越好.2.2.2 陀螺儀陀螺儀可以用來(lái)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)角速度O競(jìng)賽允許選用村田公司出品的ENC-03系列的加速度傳感器.它利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會(huì)受到科里奧利力的原理,在器件中利用壓電陶瓷做成振動(dòng)單元.當(dāng)旋轉(zhuǎn)器件時(shí)會(huì)改變

16、振動(dòng)頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度.在車(chē)模上安裝陀螺儀,可以測(cè)量車(chē)模傾斜角速度,將角速度信號(hào)進(jìn)行積分便可以得到車(chē)模的傾角.由于陀螺儀輸出的是車(chē)模的角速度,不會(huì)受到車(chē)體運(yùn)動(dòng)的影響,因此該信號(hào)中噪聲很小.車(chē)模的角度又是通過(guò)對(duì)角速度積分而得,這可進(jìn)一步平滑信號(hào),從而使得角度信號(hào)更加穩(wěn)定.因此車(chē)模限制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號(hào).2.3 速度傳感器為了使得智能車(chē)能夠平穩(wěn)地沿賽道導(dǎo)引線(xiàn)運(yùn)行,需要比擬精確地限制車(chē)速,使智能車(chē)在急轉(zhuǎn)彎時(shí)不會(huì)由于速度過(guò)快而沖出跑道.根據(jù)自動(dòng)限制原理可以知道閉環(huán)的系統(tǒng)一般比擬穩(wěn)定,通過(guò)一定的方法實(shí)時(shí)測(cè)量智能車(chē)的速度,從而形成閉環(huán)限制,使得智能車(chē)更加準(zhǔn)確的運(yùn)行.

17、一般可以采用以下幾種測(cè)速方法：方案一：霍爾傳感器測(cè)速.在后輪的軸附近安裝一個(gè)霍爾傳感器,相對(duì)應(yīng)的再在軸上安裝多個(gè)小型永磁鐵,根據(jù)霍爾傳感器特點(diǎn),用一個(gè)上拉電阻將其接至5V,隨著后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)形成多個(gè)脈沖信號(hào).根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)量據(jù)可以測(cè)得當(dāng)前車(chē)速.方案二：反射式光電管測(cè)速.在后輪的軸上安裝一個(gè)黑白相間的光碼盤(pán),然后通過(guò)一側(cè)安裝的反射式光電管讀取光碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖.方案三：投射式光電管測(cè)速.采用具有齒槽結(jié)構(gòu)的圓盤(pán)固定的后軸上,采用直射式紅外光傳感器讀取齒槽圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖.方案三：光電編碼器測(cè)速.光電編碼器可以分為增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器.增量式光電編碼器可以輸出正比于轉(zhuǎn)速的脈沖,記錄

18、單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)就可以間接測(cè)取實(shí)時(shí)速度.鑒于光電編碼器安裝簡(jiǎn)單,輸出信號(hào)比擬規(guī)整,所以我們采用方案三.速度傳感器用于感知車(chē)模本身的行駛速度,是速度閉環(huán)限制的一個(gè)必須環(huán)節(jié).電磁車(chē)使用光電編碼器作為速度傳感器,安裝在車(chē)尾與傳動(dòng)齒輪嚙合,使用與電機(jī)相同齒數(shù)的齒輪,相當(dāng)于直接測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速.光電編碼器測(cè)量精度為300P/R,有AB兩相輸出,相位差90°±45°,信號(hào)波形為方波.2.4 主板電路設(shè)計(jì)主板電路是整個(gè)系統(tǒng)的硬件核心,只有正確合理的規(guī)劃設(shè)計(jì),才能高效地完成設(shè)計(jì).2.4.1 微限制器MCU整個(gè)系統(tǒng)的核心限制采用Freescale的XS128型號(hào)16位單片機(jī),5V電

19、壓供電.單片機(jī)內(nèi)部資源：ColdFireV232位內(nèi)核；主頻80MHz;片內(nèi)512KFlashROM;片內(nèi)64KSRAM;一個(gè)快速以太網(wǎng)限制器模塊FEC,可用于以太網(wǎng)應(yīng)用；一個(gè)USBOn-The-GoUSBOTG,可作為USB主機(jī)或設(shè)備；一個(gè)靈活的CAN總線(xiàn)模塊FlexCAN;3個(gè)異步串口模塊UART;2個(gè)IIC模塊I2C;隊(duì)列型SPI模塊QSPI;8通道12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC;4通道直接存取訪問(wèn)模塊4channelDMA;4個(gè)32位支持DMA的輸入捕獲/輸出比擬定時(shí)器DTIM;4通道通用定時(shí)器,可以配置成輸入捕獲,輸出比擬,脈沖寬度調(diào)制PWM,脈沖編碼器PCM,脈沖計(jì)數(shù)器；8通道/4通道,

20、8位/16位脈沖調(diào)制模塊PWM;2個(gè)16位周期中斷定時(shí)器PIT;實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊RTC;可編程的軟件看門(mén)狗模塊；57個(gè)外設(shè)中斷源內(nèi)部集成鎖相環(huán),可將外部8M晶振時(shí)鐘倍頻到80M系統(tǒng)時(shí)鐘；BDM或JTAG調(diào)試方式.圖2-10實(shí)際效果圖2.4.2 電源電路由于采用7.2V的電池供電,而受到單片機(jī)所需的正常工作電壓是3.3V,所以必須采用降壓電路,從電池的7.2V穩(wěn)壓到5V和3.3V.我們最后采用了AS2850芯片,它具有低壓差工作特性,相比一般的穩(wěn)壓芯片而言,它所需的工作壓差很小,這對(duì)于我們的應(yīng)用情景十分有用.最后采用的電路圖如下：2.4.3 外圍接口局部主板上的接口主要包括傳感器、電機(jī)、編碼器、薄碼

21、開(kāi)關(guān)、無(wú)線(xiàn)模塊、LCD模塊等外設(shè)接口.這些接口的設(shè)計(jì)能方便整體的系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)J1consLCDR居丁LCDgCE上DDCLCDSDIMRL166+3.3VLCDSCLKTAO1A3彳TC5JIRQ11IRQ37IRQ5aIRQ742.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案有采用獨(dú)立MOS管,或者集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)BTS7960B是NovalithIC家族三個(gè)獨(dú)立的芯片的一局部：一是p型通道的高電位場(chǎng)效應(yīng)晶體管,二是一個(gè)n型通道的低電位場(chǎng)效應(yīng)晶體管,結(jié)合一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶片,形成一個(gè)完全整合的高電流半橋.所有三個(gè)芯片是安裝在一個(gè)共同的引線(xiàn)框,利用芯片對(duì)芯片和芯片芯片技術(shù).電源開(kāi)關(guān)應(yīng)用垂直場(chǎng)效應(yīng)管技術(shù)來(lái)

22、保證最正確的阻態(tài).由于p型通道的高電位開(kāi)關(guān),需要一個(gè)電荷泵消除電磁干擾.通過(guò)驅(qū)動(dòng)集成技術(shù),邏輯電平輸入、電流取樣診斷、轉(zhuǎn)換速率調(diào)整器,失效發(fā)生時(shí)間、預(yù)防欠電壓、過(guò)電流、短路結(jié)構(gòu)輕易地連接到一個(gè)微處理器上.BTS7960B可結(jié)合其他的BTS7960B形成全橋和三相驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu).圖2-13驅(qū)動(dòng)原理圖第三章系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)良好的車(chē)模機(jī)械設(shè)計(jì)與制作,對(duì)于車(chē)模穩(wěn)定運(yùn)行、平安調(diào)試都非常重要.所以我們對(duì)車(chē)體進(jìn)行了精心改造,為后期調(diào)試做好準(zhǔn)備!3.1 車(chē)體改造固定車(chē)模底盤(pán)與后輪支架原有車(chē)模為了減輕后輪振動(dòng)對(duì)于車(chē)體的影響,后輪的支架與底盤(pán)之間采用了活動(dòng)連接方式.但是,為了保證車(chē)模直立車(chē)體穩(wěn)定性,需要將原有車(chē)模地盤(pán)與后輪

23、支架固定在一起.我們采用PCB板配合熱溶膠固定車(chē)體,這樣便于直立限制.圖4-2車(chē)模底盤(pán)與后輪固定3.2 加固電機(jī)引線(xiàn)c車(chē)模的后輪電機(jī)引線(xiàn)管腳非常薄弱,屢次晃動(dòng)之后極易從根部折斷,造成電機(jī)無(wú)法使用.增加一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)接板,將電機(jī)的引線(xiàn)先焊接的轉(zhuǎn)接板上,然后將轉(zhuǎn)接板固定在電機(jī)支架或者車(chē)模地板上,這樣拆卸相關(guān)的電路板時(shí)那么不會(huì)造成電機(jī)引線(xiàn)的折斷.圖4-3加固電機(jī)引線(xiàn)3.3 傳感器安裝車(chē)模中的傳感器包括有：速度傳感器,車(chē)模姿態(tài)傳感器陀螺儀、加速度計(jì)以及光電平衡傳感器TSL1401.3.4 速度傳感器安裝我們采用光電編碼器,由于c模車(chē)留有固定的孔眼,所以安裝軸編碼器很方便.圖4-4編碼器安裝第四章賽車(chē)主要技

24、術(shù)參數(shù)改造后智能車(chē)的主要技術(shù)參數(shù)如表所示:工程參數(shù)路徑檢測(cè)方法賽題組光電平衡組車(chē)模幾何尺寸寬毫米240車(chē)模平均電流勻速行駛毫安5000電路電容總量微法1200傳感器種類(lèi)及個(gè)數(shù)TSL1401*2,加速度計(jì)*1,陀螺儀*1,編他器*2賽道信息檢測(cè)空間精度毫米10賽道信息檢測(cè)頻率次/秒200主要集成電路種類(lèi)/數(shù)量4/5車(chē)模重量帶有電池千克1.2第五章結(jié)論本文主要的寫(xiě)作思路是由硬件到軟件,由分析到結(jié)果,由現(xiàn)象到本質(zhì).通過(guò)借助于上位機(jī)軟件對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究.首先,著重分析傳感器的設(shè)計(jì),由于對(duì)于電磁組,賽道信息的檢測(cè)至關(guān)重要,我們拋棄了傳統(tǒng)的三極管電路,采用了最新運(yùn)放檢測(cè)賽道下的交流信號(hào),非常好地完成了任務(wù).為了更好的限制車(chē)模,我們對(duì)車(chē)體進(jìn)行的改造,將車(chē)體的重心降得很低；為了提升電路的可靠性,我們將驅(qū)動(dòng),最小系統(tǒng)等做到了一張PCB上,增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗擾性和可靠性.直立車(chē)模限制最重要就是如何將角度限制、速度限制和方向限制綜合起來(lái),采用PID算法來(lái)限制兩電機(jī),實(shí)現(xiàn)車(chē)模直立循跡.目前,軟件算法還存在一定的瑕疵,還沒(méi)有到達(dá)我們理想的目標(biāo),有待改良.1234567891011參考文獻(xiàn)競(jìng)賽秘書(shū)處.第