文稿教程講稿

關(guān)于技術(shù)報告和研究使用的說日 第一章整車設(shè)計概 設(shè)計思 技術(shù)方 第二章機械系統(tǒng)設(shè)計及實 舵機的安 編的安 頭的安 前輪定位參 輪胎選 紅外濾光片的選 第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計及實 硬件電路概 硬件設(shè)計框 傳感器的選 3.3.1頭的選 編的選 電路實現(xiàn)方 供電系 最小系 電機驅(qū)動系 舵機驅(qū)動系 頭速度反 第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計及實 軟件設(shè)計框 速度控 方向控 PID參數(shù)整 圖像處 4.5.1預(yù)處 二值化處理及判別分 信標燈位置計 第五章開發(fā)與調(diào) 開發(fā)環(huán) 調(diào)試工 第六章主要技術(shù)參 參考文 附錄：部分程序代 在不久的將來會成為汽車生產(chǎn)和汽車市場的主品。大學(xué)生“”杯智能汽車競賽是以“立足培養(yǎng)、重在參與、鼓勵探索、追求卓越”為，鼓勵創(chuàng)新的一項科技競賽活動，已經(jīng)進行到第十一屆。在繼承和總結(jié)前十屆比賽實踐的基礎(chǔ)上，競賽努力拓展新的競賽內(nèi)設(shè)計思向運動。當(dāng)車模上安放的磁標進入信標附近的感應(yīng)線圈后，比賽系統(tǒng)會自動切組別的優(yōu)勢在于場地內(nèi)的信標會發(fā)出紅色和紅外光線，所以車模只需要法，并在設(shè)計制作的B車模上完成了驗證，實現(xiàn)了既定的功能。硬硬件軟件技術(shù)方我們選用了動力性較好的B車模。B車模精度不是很高，因此在規(guī)則允許基于車模安裝要求，我們設(shè)計的電路板高度集中，電源、電機驅(qū)動和傳感器采用了OV7620頭用來圖像和龍邱LQ_ECM 512線增量式編用來轉(zhuǎn)速。OLED顯示屏來顯示系統(tǒng)狀態(tài)，按鍵來調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，SD卡數(shù)據(jù)，藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機從而觀測動態(tài)數(shù)據(jù)。1-2別控制電機和舵機從而分別控制速度和方向。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-3。1-31-4舵機的安跡近似于某空間曲線?？臻g連桿機構(gòu)的分析綜合均較平面連桿機構(gòu)復(fù)雜，間連桿機構(gòu)分析中重要而又的問題是位移分析。對多于4桿的空間連桿機7R機構(gòu)，由輸入求輸出位移的代數(shù)方程式高達32次。ADAMS軟件進行了運動分析，得到了合適的舵機安裝位置和擺臂長度，如圖2-1。2-1編的安編，防止嚙合錯位，保證嚙合齒輪軸的平行度與傳動的平滑性。將其安裝在尾部的圖2-2編安裝頭的安頭是整輛車的眼睛，頭的安裝是最重要的。頭的安裝要求使得頭位于整個車模的中心位置，而且高度要適合于圖像和處理。通過多組對比試驗，我們最后決定使用單桿結(jié)構(gòu)來固定頭，單桿使得整個支架十分簡約，但也會帶來頭易抖動的問題。這時，單桿與底盤之間的連接可靠性就顯得尤為重要。頭的高度也會影響其抖動，架的越高則越容易抖的我們架低了頭使之與地面的距離在250mm左右。頭與單桿之間的連內(nèi)，為此我們設(shè)計和制作了一種簡單的結(jié)構(gòu)。頭支架安裝如圖2-3所示。圖2-3頭桿固定支前輪定位參主銷內(nèi)傾(KingpinInclination)是在汽車橫向平面內(nèi)，主銷軸線上端略向內(nèi)傾轉(zhuǎn)向輪外傾角(Camber)對的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響,它的作用是提高轉(zhuǎn)向壞。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度1°左右。但是，對于4個參數(shù)都能人為設(shè)定，車模本身已經(jīng)輪胎選B車模采用的是降低了整車的附著系數(shù)，使車模的穩(wěn)定性。因此我們在安裝輪胎的時紅外濾光片的選10Hz，紅外光40kHzLED5050IRC‐85L850nm最20‐80mA相當(dāng)。LED驅(qū)動電流波形都是占空比為50%的波形，紅色LED的頻率為10Hz,紅外LED頻率為40kHz。為了最大限度的濾除環(huán)境光對傳感器的影響，我們采用了850nm2-42-5硬件電路概MK60FX512ZVLQ15，使用一LM1117-3.3產(chǎn)生3.3V電壓為單片機能夠正常穩(wěn)定的運行，不會出現(xiàn)復(fù)位或跑飛現(xiàn)象。另LM2940給編碼器、藍牙、OLED供電，舵機LM1084-ADJ供電。調(diào)試過程中，采用人機交3-1硬件設(shè)計框3-2傳感器的選頭的選OV7620CMOS彩色／黑白圖像傳感器。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式，VGAQVGA664×49230fps；數(shù)據(jù)格式包括YUV、YCrCb、RGB三種，能夠滿足一般圖像系統(tǒng)的要求。OV76202Y[7..0]UV[7..0]，其中對于數(shù)據(jù)口Y[7..0]，輸出的是灰度值Y，對于UV[7..0]輸出的色度信號UV。下圖給出了像OV7620CMOS彩色／黑白圖像傳感器。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方編的選要用于精度高，帶寬大，測量范圍廣的編，測速的編。龍邱LQ_ECM _SDZ512線增量式編具有體積小，質(zhì)量輕，穩(wěn)定性高的特點，外殼直徑14mm，長度18mm，戰(zhàn)勝大個頭光電式編，輸出型號類型為CMOS信號，能力強，不需上拉電阻直接和單片機連接，供電電壓3.3V到5V可選，編可輸出編的運轉(zhuǎn)方向，即不需要正交也可以完成方向識別，同時該編也可正交。同時最大1000rpm，滿足B車的圖3-3編實物電路實現(xiàn)方供電系3-4高、損耗小、可以降壓也可以升壓，但是交流紋波稍大些。智能汽車競賽統(tǒng)一配發(fā)的標準車模用7.2V2000mAhNi-cd供電，而單片機系統(tǒng)使用的是3.3V的電源。編碼器OLE液晶，頭均需要5V電源，伺服4V6V（為提高伺服電機響應(yīng)速度，且防止燒壞伺服舵5V供電）7.2V2000mAhNi-cd蓄電池直接供3-5LM2940LDO最大的優(yōu)點是電路簡單，相較開關(guān)電源穩(wěn)壓波紋小，電壓穩(wěn)定，且輸3.3V供電我們采用了TPS7333固定3.3V線性穩(wěn)壓該輸出電流在0到500mA之間，作為主控的供電已經(jīng)足夠，且為了保證K60最小圖3-6TPS輸出比TPS7333的最小壓降，故直接將電池電壓進行穩(wěn)壓到3.3V是不可行的，會一定程度上增大功耗，增加發(fā)熱量，不利于LM2940穩(wěn)壓得到的5V進行再次降壓得到穩(wěn)定的3-7最小系3-8最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)工作的，它的穩(wěn)定性關(guān)系整個小車的穩(wěn)定性，故其電路的設(shè)計必須十分可靠，根據(jù)技術(shù)資料該共有11個VCC和GND，為了VCC與GND，從而使電源更加穩(wěn)電機驅(qū)動系可至約20A,mos管完全滿足B車電機使用電流要求。3-11舵機驅(qū)動系3-125V供電，實驗后發(fā)現(xiàn)舵機很少出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，舵機電壓穩(wěn)壓我們最終采用的是LM1084ADJ可調(diào)線性穩(wěn)壓。Vout=1.25v?(1 3-14LM1084的壓降與輸出電流的關(guān)系曲線，由此可見輸出電流越大，LM1084電壓波紋度與功耗大小的關(guān)系，根據(jù)曲線關(guān)系，可以其噪聲在可控范圍之內(nèi)，我們選取了直插封裝便于散熱，綜合各方面可以作為較好的舵機穩(wěn)壓。3.4.5圖3-15頭電路FPC軟排線和排座，能夠有效簡化電路，且軟排線彎曲靈活，偏差，屬正常情況，故我們的電池一般使用到7.5V便需要更換。3.4.6速度反圖3-16編信號輸出速度閉環(huán)需要編進行速度反饋以達到速度設(shè)定和控制的目的，根據(jù)編圖3-17編接軟件設(shè)計框各傳感器信號、處理他們同全局變量實現(xiàn)互相的通訊，如圖4-1所示。4-1速度控PID控制算PIDPID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量Δe(k)=e(k)-e(k-1)

式式一般計算機控制系統(tǒng)的采樣周期T在選定后就不再改變，所以，一旦確定Kp、Ti、Td3次測量的偏差值即可由式(3)或式(4)求出控制增量。增量式算法優(yōu)點：1、算式中不需要累加?？刂圃隽喀(k)的確定僅與最近3次的采樣值有關(guān)，容易通過處理獲得比較好的控制效果；2、計算機每次只輸嚴重影響生產(chǎn)過程；3、手動—自動切換時沖擊小。當(dāng)控制從手自動切換時， 方向控那些純滯后較大的區(qū)域里，微分項是為力，而在測量信號有噪聲或周期性PID1）先整定比例部分:KpPID的積分項和微分項（Ki=0、Kd=0）Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩，且系統(tǒng)反應(yīng)快，超調(diào)小。記錄此時的比例系數(shù)Kp，設(shè)定PID的比Ki一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮小(如縮小為原值的0.8消除。3）加入微分控制：若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜態(tài)誤差，但動態(tài)過反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在來進行PID參數(shù)的整定，實驗結(jié)果顯示，有較好的效果。圖像處預(yù)處4-2OV7620對于OV7620，只關(guān)心場中斷信號VSYN、行中斷信號HREF、像素中斷信號PCLK的波形。VSYN的周期是16.64ms，高電平時間為換場時間，約80us；低電平時間內(nèi)像素輸出。在VSYN脈沖時，既可以上升沿，也可以下降沿，下降沿更準確些，這也是一場的開始。從VSYN的周期可以算出，1s/16.64ms=60幀，OV762060幀/s。HREF63.6us，高電平時間為像素輸出時間，約47us；低電平時間為換行時間，因此HREF一定要采集其上升沿，下降沿后的數(shù)據(jù)是無效的。從HREF的周期可以算出，73ns，高電平輸出像素，低電平像素?zé)o效。PCLK是一直輸出的，因此一定要在觸發(fā)VSYN并且觸發(fā)HREF以后，再去捕捉PCLK才能捕捉到像素數(shù)據(jù)。從PCLK的周期可以算出，47us/73ns≈640，可以算出每行圖像中有640個像二值化處理及判別分二值化是圖像分割的法，即將256個亮度等級的灰度圖像通過適當(dāng)同的閾值，運算后得到的結(jié)果圖像是完全不同的。由于智能車運行環(huán)境較為復(fù)最大類間方差法是由學(xué)者大津(NobuyukiOtsu)于1979年，是一2部分。背景和目標之間的類間方差越大,2部分的差別越大,信標燈位置計到的圖像分析：信標燈是半球形，所以處理得到的二值化圖像會表現(xiàn)為燈的位置為一團接近圓形的白域。由于濾光片過濾了所有雜點，所以圖開發(fā)環(huán)IAREmbeddedWorkbench（IAR）C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是今天世界最完整的和最容易使用專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。IARSystems是全球領(lǐng)IAR對不同的微處理器提供一樣直觀用戶界面。IARSystems提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機建模工具。IAR今天已經(jīng)支持35種以上的8位/16位32ARM的微處理器結(jié)構(gòu)，我們使用IARDebug效率和實時查看變量數(shù)值等優(yōu)點。IARSystems調(diào)試器（Debugger）BDM連接到我們設(shè)計的智能小車控制電路板上，這樣我們就可以實時讀到K60微控制器中寄存器的狀態(tài)、變5-1IARAltiumDesigner除了全面繼承包括Pro99SE、ProDXP在內(nèi)的先前一板級設(shè)計的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計人員能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGAPCB設(shè)計及嵌入式設(shè)計集AltiumDesignerPro軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了FPGA設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計功能，AltiumDesigner對計算機的系統(tǒng)需求5-2AltiumDesigner調(diào)試工FreeCarsFreeCars團隊專門用于Freecars17個通道的數(shù)據(jù)顯示，非常適用于智能車的調(diào)試，同時該上位機提供頭圖像查看、5-3Freecars高度寬度質(zhì)量2(包括1個頭，1個編 算機、機械及車輛工程等多個學(xué)科。本文采用的控制是一款飛思半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位微控制器——MK60FX512VLQ15，利用了微控制器的強大功能實了對智能小車的高速控制，從最終來看，本系統(tǒng)具有較好的控制性能發(fā)出通過驅(qū)動使車模維持在一定速度；控制車模方向--通過控制舵機使車 [1]黃開勝等.學(xué)做智能車.：航空航天，2007年3月第1版第十一屆大學(xué)生“”杯智能汽車競賽處，競速比賽規(guī)則與賽ARMCortexM4嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實踐-基于飛思K60系列微控制器林編著:強著.C程序設(shè)計 :，宋雪峰，，.面向智能交通系統(tǒng)的圖像處理[J].計算機工程與應(yīng)用.2001年09期.余燦鍵，，.PID算法在智能汽車設(shè)計上的應(yīng)用.——《學(xué)做智ToddD.Motton.嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller[M].:科學(xué)社.2003年8月第1版.COPYRIGHTCopyright(c)Allrights OLED #include"include.h"staticvoid staticvoid static static static static static static static static static static uint8 uint8LCD uint8Page2_Var_NUM; MASelect};//定義函數(shù)指針，用于保存命void { }void{ MainRefreshNum=={ }else MainRefreshNum=={//OLED_ }} { OneRefreshNum=={ }{OLED_ }} { TwoRefreshNum=={ }{OLED_ }} { ThreeRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FourRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FiveRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SixRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SevenRefreshNum=={ }{ }} { EightRefreshNum=={ }{OLED_ }} { {LCD}{ }} { { }{ }} { MASelectRefreshNum=={ {OLED_P6x8Char(40,5,'');}{OLED_P6x8Char(40,3,'');}}{ }}void { OLED_Fill_0(90u,6u,6);OLED_Fill_0(90u,6u,6); OLED_P6x8Str_ch(45,2,"SD_ON { { } } }void {KeyEvent[ }void { }void { }void { }void { }voidLCD { }void { {}{{}{}}}void { }void