雙車追逐組-電子科技

關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究使用的說參賽隊(duì)員簽名：、章加何、、帶隊(duì)教師簽名：陳龍、戴紹港 期提供的1:16仿真車模，硬件平臺(tái)采用帶MK60DN512ZVLQ10單片機(jī)的K60環(huán)境，軟下的時(shí)間片用來控制速度和轉(zhuǎn)向，由CCD頭賽道信息至主板的LM1881進(jìn)行信號(hào)的分離，并遞送分離后的信息到單片機(jī)，再由單片機(jī)信號(hào)進(jìn)行分析處理，運(yùn)用我們自己的道上漂亮的飛馳！行比較。更新了SD卡技術(shù)實(shí)時(shí)賽道信息。硬件上為了穩(wěn)定的考慮，采用了以前比較 頭，PID控制 ThispaperintroducestheHangzhouDianziUniversityplayersinpreparationfortheachievementsinthismatch.ThegameUSESthecompetitioncommitteeprovidedforsimulationmodels,MK60DN512ZVLQ10microcontrollerhardwareplatformusingbeltK60environment,softwareplatformfortheKeildevelopmentenvironment.Thispaperintroducestheoursmartcarcontrolsystemhardwareandsoftwarestructureanddevelopmentprocess,theentirein ligentcarinvolvesthemechanicaladjustmentmodels,sensorselection,signalprocessingcircuitdesign,controlalgorithmoptimizationandmanyotheraspects.Theworkingprincipleofthewholecaristoextractthecorrespondingcontrolcycleofcartimeslice,thecorrespondingtimesliceisusedtocontrolthebalanceofthebody,leavingtimesliceisusedtocontrolspeedandsteering,fromCCDcamerainthetrackinformationtothemainboardLM1881signalseparation,anddeliveryinformationoftheseparatedintosinglechip puter,againbyMCUreadsignal ysisandprocessing,usingourownsoftwareprogramtoextractandchoosethebestpathofthetrackinformation,throughtheaccuratecontrolofthemotorsoastorealizethecaronthetrackfascinatingprettyfast!Inordertofurtherimprovethestabilityandspeedofthecaratruntime,ourgroupintheaspectofsoftwareUSESthemultiplesetsofschemecomparison.UpdatetheSDcardtechnologyreal-timeinformationstoragetrack.Hardwaretostabilize,therelativelystablesolutionbefore,butinthepowerpartoftheadjustment,makesthevehiclepowersupplymarginlarger,strongerrobustnesshardware.Forabetter ysisoftheshuntingdata,weinheritandimprovethepreviousPC,anewPCsoftwarewritteninc#programtoadjustmentofthemodels,greatlyimprovetheefficiencyofshunting.Afteralotofpractice,itshowsthatoursystemdesignschemeisfeasiblecompley.:carFreescaleinligence,MK60DN512ZVLQ10,CCDcamera,PIDcontrol,memory,thec#uppermachine,第一章 引 第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè) 硬件電路整體架構(gòu)框 單片機(jī)電路設(shè) 信號(hào)處理電路設(shè) 電源部分電路設(shè) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè) 陀螺 小車調(diào)試模 主板板級(jí)設(shè) 后置驅(qū)動(dòng)板設(shè) 硬件電路部分總 第三章 機(jī)械架構(gòu)調(diào) 頭的固定和安 頭固定與底座改 頭與支撐桿之間的安 編的安 小車輪胎的定位調(diào) 車模機(jī)械架構(gòu)總 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè) 軟件控制程序的整體思 圖像.................................................................................................................................頭的工作原 LM1881工作原 黑線提 賽道中心擬 電機(jī)打角控 速度控 軟件程序總 雙車的識(shí) 超車的實(shí) 第五章 智能車調(diào)試說 上位機(jī)調(diào)試軟件的設(shè) Flash模 現(xiàn)場(chǎng)調(diào) 第六章 車模技術(shù)參數(shù)說 車模主要技術(shù)參 電路中的種類及數(shù) 第七章 總 第八章 致 第九章 參考文 第一章.引言更高目標(biāo)的追求和對(duì)智能車比賽的熱愛，我們輩的基礎(chǔ)上又對(duì)機(jī)械架構(gòu)，前期我們花了大量的時(shí)間去選擇車模的架法，頭的選擇，硬件方案的定，硬件上也很穩(wěn)定，所以我們?cè)谠鹊臋C(jī)械思更近一步，將車身壓平使在本文報(bào)告安排上，第一章是引言，主要對(duì)車模設(shè)計(jì)和報(bào)告的架構(gòu)進(jìn)行了概述；第二章是系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了電源部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路模塊的設(shè)計(jì)思路及方案。第三章是機(jī)械架構(gòu)調(diào)整，著重分析了頭的新式架法和電池的駕法，同時(shí)也對(duì)小車機(jī)械的整體布局和架車?yán)砟钭隽思?xì)致的解釋和說明。第四章是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要介紹了圖像處理，車身打角控制和速度控制的模塊編寫，整體的模塊調(diào)試和上位機(jī)的開發(fā)。第五章是開發(fā)智能車調(diào)試過程的說明，講述了我們自己在調(diào)車訓(xùn)練時(shí)的方法和訓(xùn)練工具。第六章第二章硬件電路整體架構(gòu)框圖頭圖 硬件電路整體架構(gòu)框單片機(jī)電路設(shè)信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

圖 MCUPCB本屆我們采用SonyCCD頭。頭輸出的模擬信號(hào)，首先通過場(chǎng)圖2.3.1信號(hào)同步分離及處2.3.2高速并行ADC電源部分電路設(shè)計(jì)2.4電源分配框圖同，這就需要我們用不同的電源來生成不同的電壓。2.5.112V2.5.25V電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，可有多種選擇，像電機(jī)集成驅(qū)動(dòng)MC33886,BTN7971，電調(diào)，MOS管H橋。MC33886使用方便，但內(nèi)阻較大，電調(diào)驅(qū)動(dòng)能力最好，但價(jià)格太高。MOS導(dǎo)通電阻小，響應(yīng)快，所以為了整車性能，在本屆驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中我們選用英飛凌經(jīng)典的驅(qū)動(dòng)組合IR2104和IRLR7843，搭建兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖 陀螺小車調(diào)試模塊主板板級(jí)設(shè)計(jì)PCB的外形，并規(guī)劃了計(jì)的PCB如圖2.9所示。后置驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)

2.9主板電路PCB2.10PCB硬件電路部分總結(jié)3.1.頭的固定和安頭作為我們頭組最重要的傳感器，它的固定和安裝對(duì)小車的影響是十分巨大的，頭的布局和安裝取決于系統(tǒng)方案，反過來又會(huì)影響系3.2.頭固定與底座改圖 頭與支撐桿之間的安一?？紤]到CCD頭本身就比較笨重，要架相對(duì)高的車就要盡量減輕附加6.0mm6.0mm的鉆頭的，打孔時(shí)加上機(jī)械5.9mm的鉆頭進(jìn)行打孔。這樣碳棒卡的比較緊。另外固定螺絲的孔徑為3.0mm，但是這個(gè)孔徑可以自己任意調(diào)節(jié)，只要便于固定，有適合的螺絲就可以。具體的固定如圖3.2所示。3.1.3支撐桿與底盤之間的除了頭與支撐桿之間的連接會(huì)影響頭采圖之外，支撐桿與底盤之的固定如圖3.3所示。編的安

們用了兩個(gè)個(gè)電磁編。該編是智能車競(jìng)賽中常見的MINI型編，512P/R，供電電壓可從3.3V到5V，共引出4跟線，分別是地線、電源線、脈沖線、方向線。編的固定用的是塑料纖維結(jié)構(gòu)，牢固的同時(shí)保證韌性。在安裝編的時(shí)候要保證有合適的齒輪咬合，原則是：兩個(gè)傳動(dòng)齒輪軸保持并且不會(huì)有碰撞類的雜音。安裝好的編如圖3.4所示。固定片定制圖如圖3.5圖3.4編安裝圖3.5光電 小車輪胎的定位調(diào)整1~3度之間，調(diào)解8°，主銷內(nèi)傾的調(diào)“負(fù)外傾”，而呈現(xiàn)“V”縱的輕便性。但是“V”1度左右即可。但是一定不要車模機(jī)械架構(gòu)總

3.6圖3.6圖3.7第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)軟件控制程序的整體思路平衡控制，速度控制以及速度反饋。但是雙車組有別于普通的頭組，不僅圖像CCD圖像傳感器、圖像信號(hào)形成電路、同步信號(hào)發(fā)生器、預(yù)中放、CCD驅(qū)動(dòng)器等電路組成。LM1881用于分離信號(hào)中的行同步脈沖和和奇偶場(chǎng)同頭的工作原理的要好，對(duì)賽道不同背景色有較好的能力，但考慮到比賽時(shí)我們只關(guān)注們就能看見東西了。頭成像的原理和眼睛非常相似，光線照射景物，景物CCD圖像傳感器就會(huì)感知到圖像。而感知圖像的具體過程是這樣的：頭按一定的分辨率，以隔行掃描的方式圖像上圖4.1所示。圖4.1頭信號(hào)波輸出一個(gè)低于最低信號(hào)電壓的電平（如0.3V），并保持一段時(shí)間。這樣相區(qū)過去，下一場(chǎng)的信號(hào)才真正到來。頭每秒掃描25幅圖像，每幅又分奇、偶兩場(chǎng)，先奇場(chǎng)后偶場(chǎng)，故每秒掃描50場(chǎng)圖像。奇場(chǎng)時(shí)只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場(chǎng)時(shí)則只掃描偶數(shù)行。頭有兩個(gè)重要的指標(biāo)：分辨率和有效LM1881工作接收到的信號(hào)處在哪一場(chǎng)，也無法識(shí)別是在該場(chǎng)中的場(chǎng)消隱區(qū)還是信直接采用A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行提取。當(dāng)頭信號(hào)為行同步脈沖、消隱脈沖或場(chǎng)同步脈沖時(shí)，頭信號(hào)電平就會(huì)低于這些脈沖模式之外時(shí)的 我們就采用了第二種方法進(jìn)行信號(hào)提取。LM1881同步信號(hào)分離可從TTLI/O口作控制信號(hào)之用。LM1881的端口接線方式如圖4.2所示。圖4.2頭信號(hào)波230us，7圖 黑線提常用的黑線提取算法劃分為二值化算法、直接邊緣檢測(cè)算法和邊緣檢算法二值化算法的思路是：設(shè)定一個(gè)閾值value，對(duì)于信號(hào)矩陣中的每一行，從找到從白色像素到黑色像素的下降沿和從黑色像素到白色像素的上升沿，然后“是”且差值為負(fù)，則為上升沿；如果“是”且差值為正，則為下降沿。邊緣靠近。邊緣檢測(cè)正是利用了這一特性，對(duì)直接邊緣檢測(cè)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。其思種方法的特點(diǎn)是始終每行左邊緣的附近，去尋找下一列的左邊緣，所以稱為“”邊緣檢測(cè)算法。更強(qiáng)，同時(shí)還能消除垂直交叉黑色引導(dǎo)線的干擾。由于智能車上安裝的頭相對(duì)于賽道存在一定的傾斜角度，因此會(huì)造成到的賽道圖像具有一定的梯賽道中心擬合電機(jī)打角控制

圖4.4我們采用的曲率打角，只根據(jù)光電式編反饋來的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為速度再一個(gè)二次函數(shù)來計(jì)算出所需打腳力度。圖4.5為電機(jī)打角曲線圖。4.5速度控S進(jìn)入一次速度控制函數(shù)，首先讀出于編連接的脈沖累加器計(jì)數(shù)的值，計(jì)算度的差值決定的力度；如果當(dāng)前速度小于標(biāo)定的速度，就根據(jù)兩速度差值決定加速的急緩。就是遞減電機(jī)正轉(zhuǎn)的值，如果速度差很大，便要啟動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)剎車以迅速達(dá)到的目的。加速的過程是對(duì)電機(jī)正轉(zhuǎn)的過程，這個(gè)過程對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的承受能力是個(gè)很大的考驗(yàn)，而且它是累加的過程，但是，要對(duì)限定范圍，加速的急緩只是每次累加的量大小不同。為了使能快速達(dá)到給定速度，我們一開始采用的是PID控制，代碼actual_given_PID=Kp*iError*7/10-PIDe（t），并依據(jù)偏差情況，給出控制作用u（t）。對(duì)連續(xù)時(shí)間類型，PID控制方程的標(biāo)準(zhǔn)形式為，u（t）Kp［e（t）e（t）dtTITDde（t）dt］。式中，u（t）PID控e（t）PID控制器的偏差輸入，即給定值與測(cè)量值之差；TI為控制器的積分時(shí)間常數(shù)；TDPID控制的形式為u（k）=KP｛e（k）+Σe（k）T/TI+［e（k）-e（k1）］TD/T｝。式中，u（k）k采樣時(shí)控制器的輸出；k為采樣序號(hào)，k=0，1，2；e（k）k次采樣時(shí)的偏差值；T為采樣周期；e（k-1）為第（k-1）次采樣時(shí)的偏差值。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等方面來考慮，KP、KI、KD對(duì)系統(tǒng)的作用如下。①系數(shù)KP的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。KP越KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。KI越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但KI過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起應(yīng)過程的較大超調(diào)若KI過小將使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差難以消除影響系統(tǒng)的調(diào)③微分作KD的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。其作用主要是能反應(yīng)偏差信號(hào)的變4.6PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)4.6PID經(jīng)過很長時(shí)間的測(cè)試，我們最終采用了增量式PID，因?yàn)橥ㄟ^實(shí)驗(yàn)證明這軟件程序總結(jié)怎樣判斷采樣回來的賽道信息的有效性怎樣使速度控制配合好打角闊的視角帶給我們不少創(chuàng)作靈感。對(duì)于車模來說，軟件控制是，而對(duì)于軟件來說，打角和速度控制都不算是，真正的應(yīng)該是打角和速度控制的PID雙車的識(shí)別超車的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)調(diào)試軟件的設(shè)計(jì)圖5.1上位機(jī)仿真模式：由于圖像處理越來越復(fù)雜，對(duì)于圖像仿真越來越重要，PC模式可以將單片機(jī)代碼導(dǎo)入，更加直到圖像處理結(jié)果。圖5.2上位機(jī)本地模式：小車的實(shí)際圖像反饋對(duì)于調(diào)車非常重要，利用SD卡將小車行進(jìn)Flash模因?yàn)轭^車模所需處理的信息量非常大，在調(diào)試過程中往往需要這些信息以供研究分析，而K60的空間遠(yuǎn)不能滿足我們的要求。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了外部SD卡來海量信息，這讓我們?cè)趫D像處理上有很多的發(fā)揮空間。通過SD卡，我們存下了我們需要的圖像信息和處理之后的信息，然后通過串口發(fā)送給上位機(jī)，這樣我們就可以方便地分析出圖像上的各種問題，以便在程序上作出修改?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)前，我們?yōu)檎{(diào)試的方便，特別制作了按鍵加液晶模塊。寫程序的時(shí)候，自的同學(xué)在修改某個(gè)參數(shù)的時(shí)候就無需跑去電腦邊上了，非常的方便。5.4第六章 車模技術(shù)參數(shù)說車模主要技術(shù)參數(shù)編2個(gè)，CCD頭1個(gè)，陀螺儀1050（次／秒6.1車模部分主要技術(shù).電路中的種類及數(shù)11111114半橋MOS驅(qū)動(dòng)8LM6656-1表6.2電路中的種類及數(shù)第七章.總結(jié)本文介紹了CCD頭雙車追逐組智能小車的總體設(shè)計(jì)方案，從機(jī)械布軟件、硬件和機(jī)械上都有了一些新的突破。頭的架構(gòu)安裝，與以前相比更要遠(yuǎn)遠(yuǎn)下降，這樣在彎道就有明顯的優(yōu)勢(shì)；選型也較好，PCB布局布線貼第八章.致謝次，我們要感謝指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)。沒有他們上的指導(dǎo)和整體的規(guī)劃安排，我們很難有今天的成果。最后，我們要感謝同的其他同學(xué)，感謝我們同時(shí)工作在這么和諧的第九章.參考文獻(xiàn)[1]，F(xiàn)reescale9S12十六位單片機(jī)原理及嵌入式開發(fā)技術(shù)-機(jī)械工業(yè)，2008邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的開發(fā)方法.-2004年10月第1版王威HCS12微控制器原理及應(yīng)用-航空航天大李寧，劉啟新電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)-機(jī)械工業(yè)潘松，現(xiàn)代數(shù)字電路基礎(chǔ)-科學(xué)，盛新志激光原理及應(yīng)用重慶-重慶大學(xué)中冶隊(duì)第四屆“飛思卡爾”杯大學(xué)生智能車大賽技術(shù)報(bào)告VisualC++編程之道人民郵電2011趙先奎前輪定位黑龍江龍江出入境檢驗(yàn)檢疫局田精通MFC程序設(shè)計(jì)人民郵電VisualC++編程之道人民郵電2011附錄附A#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include #include#include#include //?|uint8_trow;intuint8_tOledP[1024];uint16_ti=0;uint16_toled=0;intk=0;intOLEDRow=0;uint8_tOlLine=0;uint8_tuint8_tDMARow[700]; 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