智能車競賽專題培訓(xùn)資料

1、智能(zh nn)車競賽專題培訓(xùn)主講(zhjing)： 張樹波共青團北京聯(lián)合大學(xué)委員會共九十三頁賽車的意義(yy)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共九十三頁賽車(si ch)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)(fxin)和培

2、養(yǎng)一批在學(xué)術(shù)科技上有作為、有潛力的優(yōu)秀人才。共九十三頁汽車(qch)及車模簡介二通道(tngdo)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)緊力共九十三頁電池(dinch)使用方法參數(shù)(cnsh)：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）共九十三頁電池使用(shyng)方法正確(zhngqu)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。共九十三頁

3、電池使用(shyng)方法正確(zhngqu)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。共九十三頁賽道及比賽規(guī)則

4、賽道材料(cilio)： 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。7Of63共九十三頁賽道及比賽規(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)(dxu)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(zhdng)車模沿黑線跑兩圈取單圈最快者為勝。共九十三頁研究(ynji)項目介紹汽車(qch)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)共九十三頁模型車電機(dinj)特性電機特性(txng)和MC33886芯片共九十三

5、頁一、電機(dinj)特性RS-380SH共九十三頁一、電機(dinj)特性RS-380SH共九十三頁一、電機(dinj)特性RS-380SH共九十三頁一、電機(dinj)特性RS-380SH共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)特性(txng)：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、欠壓保護、過溫保護等；共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)應(yīng)用說明：多個(du )MC33886并聯(lián)使用；共九十三頁二、MC338

6、86芯片(xn pin)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(dinj)；使用另外一個半橋作為12V升壓電路為CCD提供工作電源；共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)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(bmin)對于工作電源的影響；共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)使用說明(shumng)：PWM頻率限制： 10KHz共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)使用說明(shumn

7、g)：PWM頻率限制： 10KHz共九十三頁二、MC33886芯片(xn pin)使用說明：PWM頻率(pnl)限制： 10KHz共九十三頁關(guān)于(guny)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(dinl)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。共九十三頁關(guān)于舵機(du j)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(sd)： 0.16 + 0.02 堵轉(zhuǎn)力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm共九十三頁關(guān)于舵機(du j)驅(qū)動舵機(du

8、 j)控制方法三線連接方式紅線：電源線+6V藍線：地線黑線：PWM控制信號共九十三頁使用S12 PWM輸出控制(kngzh)舵機舵機(du j)簡介S12 PWM控制舵機共九十三頁一、舵機(du j)簡介舵機功能(gngnng)舵機結(jié)構(gòu)舵機的基本參數(shù)舵機控制方法共九十三頁舵機(du j)的功能舵機最早出現(xiàn)在航模(hngm)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；共九十三頁舵機(du j)的結(jié)構(gòu)舵盤、減速齒輪組、位置(wi zhi)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

9、饋； 控制量 舵盤角度共九十三頁舵機(du j)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(l j): 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)工作角度： 45度/400us共九十三頁舵機(du j)的連接方法三線(sn xin)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；共九十三頁標準驅(qū)動(q dn)模型共九十三頁實測(sh c)波形（0度）共九十三頁實測(sh c)波形（15度）舵機(

10、du j)的控制方法共九十三頁實測(sh c)波形（30度）共九十三頁實測(sh c)波形（-15度）舵機的控制(kngzh)方法共九十三頁實測(sh c)波形（-30度）共九十三頁轉(zhuǎn)角(zhunjio)與脈寬舵機(du j)的控制方法共九十三頁脈寬與轉(zhuǎn)角(zhunjio)共九十三頁信號(xnho)產(chǎn)生方式軟件(run jin)計數(shù)方式；定時器中斷方式；PWM硬件產(chǎn)生方式；等；共九十三頁S12 PWM控制(kngzh)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(huzh)4路16bitPWM輸出；具有A,B,SA,SB時鐘源；共九十三頁S12PWM

11、發(fā)生器共九十三頁S12 PWM控制(kngzh)舵機舉例 使用(shyng)PWM4,5合成16bitPWM輸出； PWM4 控制信號； PWMCTL_CON45 = 0 x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc = 24MHz共九十三頁S12 PWM控制(kngzh)舵機規(guī)則限制：伺服電機個數(shù)不超過3個；不可以通過(tnggu)提高工作電壓提升舵機的性能；不可以更換舵機；共九十三頁S12 PWM控制(kngzh)舵機控制說明脈寬范圍：對應(yīng)舵機(du j)旋轉(zhuǎn)角度，一方面舵機(du j)的極限位置；另一方面考慮

12、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共九十三頁S12 PWM控制(kngzh)舵機控制說明(shumng)： 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；共九十三頁關(guān)于賽道檢測(jin c)方式賽道路徑(ljng)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)；賽道路徑檢測方法共九十三頁韓國(hn u)賽道圖共九十三頁賽道路徑檢測(jin

13、c)方法光電管陣列(zhn li)；CCD: 線陣CCD; 面陣CCD; （黑白）激光掃描器；電磁感應(yīng)；超聲檢測等共九十三頁基于光電管賽道參數(shù)檢測(jin c)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(d si)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；共九十三頁基于面陣賽道參數(shù)檢測(jin c)方法使用面陣檢測路徑(ljng)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

14、路口輸入；通過算法減少外部環(huán)境影響；共九十三頁基于CCD路徑(ljng)檢測方法難點及解決方法12of18采集速率(sl)；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工作電源共九十三頁用S12采集(cij)圖像采集速率：S12 AD 轉(zhuǎn)換(zhunhun)速率10bit : 7us視頻信號一行時間：64us;(有效圖像時間56)一行有效采集像素： 300線/幀共九十三頁矛盾(modn)采集速率(sl) 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？共九十三頁解決(jiju)采集速率

15、- 解決方法 攝像頭水平旋轉(zhuǎn)(xunzhun)90度； 水平分辨率 垂直分辨率共九十三頁附加(fji)手段采集速率- 解決方法(fngf) 采用CPU 內(nèi)部總線超頻； 48規(guī)則沒有限制CPU超頻共九十三頁初步(chb)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(shj)需要可以使用降低的圖像分辨率： 72 24 即可； 共九十三頁資源(zyun)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

16、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(chl)同時進行； 共九十三頁占用(zhn yn)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(hufi)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； 共九十三頁圖像處理(t xin ch l)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； 可以適當增加些動態(tài)亮度補償(bchng)算法；滿足路徑參數(shù)檢測速度要求； 共九十三頁工作(

17、gngzu)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(q dn)電機 以及舵機提供動力； 共九十三頁實現(xiàn)方案(fng n)和試驗結(jié)果系統(tǒng)(xtng)框圖共九十三頁連接(linji)CPUCPU最小系統(tǒng)(xtng)共九十三頁連接(linji)CPU實現(xiàn)方案(fng n)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；共九十三頁視頻(shpn)匹配

18、電路視頻信號同部分(b fen)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；共九十三頁升壓供電(n din)電路12V 斬波升壓(shn y)電路實現(xiàn)方案和試驗結(jié)果共九十三頁電源(dinyun)電路實現(xiàn)(shxin)方案和試驗結(jié)果共九十三頁試驗(shyn)版共九十三頁試驗車共九十三頁例圖112of18共九十三頁例圖2共九十三頁例圖3共九十三頁例圖4共九十三頁例圖5共九十三頁用攝像頭的缺點(qudin)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(ydng)的延時（1/50）秒；附注電路較多：12V, LM1881等；共九十三頁后續(xù)(hux

19、)問題開發(fā)有效(yuxio)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;共九十三頁賽道檢測(jin c)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CPU 超頻；有效路徑檢測(jin c)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；共九十三頁最佳(zu ji)路線問題共九十三頁最佳路線(lxin)問題基于虛擬儀器技術(shù)的智能(zh nn)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)計界面共九十三頁最佳路線(lxin)問題基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真(fn zhn)系統(tǒng)賽車參數(shù)設(shè)定界面共九十三頁最佳路線(lxin)問題基于(jy)虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)動態(tài)仿真界面共九十三頁飛斯卡爾單片機介紹(jisho)共九十三頁飛斯卡爾單片機介紹(jisho)共九十三頁飛斯卡爾單片機介紹(jisho)共九十三頁飛斯卡爾單片機介紹(jisho)共九十三頁硬件設(shè)計的一般(ybn)流程1、確立設(shè)計需求2、選擇合理的方案3、繪制原理圖