飛思智能車(chē)技術(shù)報(bào)告競(jìng)速組光電電子科大trinity

本人完全了解第十屆“飛思”杯大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽和飛思半導(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、技參賽隊(duì)員簽名：王道帶隊(duì)教師簽名：日期：2015818摘統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)流程。該比賽采用大賽統(tǒng)一指定的E型車(chē)模，以：智能車(chē)，MKL26Z256VLL4，TSL1401，MMA8451Q，L3G4200D第一章引 大賽介 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架介 第二章智能車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu) 智能車(chē)參數(shù)要 智能車(chē)整體參數(shù)調(diào) 編安 姿態(tài)傳感器安 第三章硬件電路設(shè)計(jì)說(shuō) 單片機(jī)最小系統(tǒng)模 電源模 傳感器模 電機(jī)模 測(cè)速模 陀螺儀與加速度計(jì)模 3.7人機(jī)交互模 第四章智能車(chē)控制軟件設(shè)計(jì)說(shuō) MKL26Z256VLL4片資源簡(jiǎn) MKL26Z256VLL4所用模塊簡(jiǎn) 軟件功能與框 控制算法與函 第五章系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及調(diào)試工 輔助調(diào)試工具介 系統(tǒng)調(diào) 第六章車(chē)輛主要參 第七章總 參考文 附錄：部分程序源代 -1第一章大賽賽處統(tǒng)一指定的競(jìng)模套件，采用飛思半導(dǎo)體公司的8位、16位、32位微控制器作為控制單元，自主構(gòu)思控制方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，于電磁組；使用四輪車(chē)模通過(guò)頭器件獲得賽道信息的屬于光頭組；使 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架系統(tǒng)的整體模塊如圖1.2.1圖1.2.1第二章智能車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能車(chē)參數(shù)傳感器數(shù)量要求：傳感器數(shù)量不超過(guò)16個(gè)：光電傳感器接受單元計(jì)為1個(gè)傳感器，發(fā)射單元不計(jì)，頭算為1個(gè)傳感器；電機(jī)型號(hào)：RS-全部電容容量和不得超過(guò)2000微法；電容最高充電電壓不得超過(guò)25智能車(chē)車(chē)模選擇與整體考慮到E車(chē)模的電機(jī)功率和車(chē)模整體性具有比較大的優(yōu)勢(shì)，因此我們選擇了E車(chē)模。彎時(shí)流暢。E車(chē)模如圖2.2.1所示： 安

圖2.2.1選用可以5V工作電壓的512線mini編進(jìn)行速度的測(cè)量，保證測(cè)量的精較高的穩(wěn)定性。然后調(diào)節(jié)編齒輪，使其與差速齒輪緊密咬合，增大測(cè)速的精確性，但是咬合過(guò)緊也增大了摩擦，減小了對(duì)電機(jī)做功的利用率，影響小車(chē)姿態(tài)傳感器Z軸方向存在一個(gè)分量。根據(jù)陀螺儀傾斜的方向不同，這個(gè)分量有可能是正，消除方向控制中的過(guò)沖現(xiàn)象。該陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸需要和陀螺儀的垂直縱軸保持一致。如果對(duì)車(chē)模轉(zhuǎn)向不需要進(jìn)行微分控制，那么這個(gè)傳感器就可以省略。第三章機(jī)采用MKL26Z256VLL4。使用tps768505V，采用LT1763-3.33.3V為各個(gè)模塊供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用BTS7971。調(diào)試過(guò)程中，采用OLED、NRF2401等單片機(jī)最小系統(tǒng)以MKL26Z256VLL4為的單片機(jī)最小系統(tǒng)是本智能車(chē)的。作scale一系列32位單片機(jī)，MKL26具有豐富的外設(shè)資源和優(yōu)異的處理圖3.1.1MKL26電源

圖3.1.2使用tps768505V，采用LT1763-3.33.3V使用TVS瞬間二極管進(jìn)行電路保護(hù)，我們?cè)谡{(diào)車(chē)過(guò)程中由于隊(duì)員誤操作使電池接反出現(xiàn)短路時(shí)，TVS起到了很好的電路保護(hù)作用，避免了很大的損失。圖 TPS76850穩(wěn)壓電圖 LT1763-3.3穩(wěn)壓電傳感器

圖 TVS電路保CCD是光電組小車(chē)最重要的模塊之一，能夠分辨白色的賽道及黑色的TSL1401CCD128電路統(tǒng)稱為像素每個(gè)像素所的圖像灰度值與它所感知的光強(qiáng)和積分時(shí)間成CCD模塊的焦距是固定的，因此要想得到清晰的圖像就需CCD輸出的數(shù)據(jù)在波形上會(huì)表現(xiàn)的比較。電機(jī)電機(jī)采用BTS7971，其應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，只需要向第2引腳輸入BTS79714BTS7971測(cè)速

圖3.4.1本小車(chē)使用512線的mini編進(jìn)行小車(chē)的測(cè)速，以保證測(cè)量精度，并且直接有方向輸出，使用方便。TPS76850為其提供5V工作電壓。陀螺儀與加速度計(jì)我們采用陀螺儀型號(hào)為L(zhǎng)3G4200D和加速度計(jì)型號(hào)為MMA8451Q,這兩款傳感器均為數(shù)字傳感器,SPII2C圖 姿態(tài)傳感器原理人機(jī)交互為了方便調(diào)試，本車(chē)有本車(chē)NRF2401圖3.7.1第四章智能車(chē)控制軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明MKL26Z256VLL4片資源簡(jiǎn)MKL26Z256VLL4微控制單元作為Kinetis系列的32位單片機(jī)，由標(biāo)準(zhǔn)片上設(shè)備組成，Cortex-M0+內(nèi)核，、256KB的Flash器、32KB的RAM、兩個(gè)異步串行通口、兩個(gè)串行接口，DMA模塊，TPM、LPTM定時(shí)器模塊，一組6通道的輸入捕捉或輸出捕捉的增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器、兩組8106通道脈寬MKL26Z256VLL4所用模塊簡(jiǎn)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用到了5個(gè)單片機(jī)基本功能模塊：時(shí)鐘模塊、輸出模塊、ADCIO鐘和內(nèi)核時(shí)鐘。當(dāng)前電路板采用的是8MHz的有源晶振，因此外部晶振時(shí)鐘為定?？偩€時(shí)鐘用作片上設(shè)備的同步，而內(nèi)核時(shí)鐘則用作CPU的同步，它決void{CLKSEL=0x00;//disengagePLLtosystemPLLCTL_PLLON=1;//turnonPLLSYNR0x53;//注意VCOFRQ[7:6];SYNDIV[5:0];fVCO=+1)/(REFDIV+1);fPLL=fVCO/(2×POSTDIV);BUS=fPLL/2REFDV=0x07;//REFFRQ[7:6];REFDIV[5:0]POSTDIV=while(!(CRG_LOCK==1));//whenpllissteady,thenuseit;CLKSEL_PLLSEL=1;//engagePLLtosystem;}脈寬調(diào)制模塊有8路獨(dú)立的可設(shè)置周期和占空比的8位通道，每個(gè)通道配有專門(mén)的計(jì)數(shù)器。該模塊有4個(gè)時(shí)鐘源，能分別控制8路信號(hào)。通過(guò)配置寄存器可設(shè)置的使能與否、每個(gè)通道的工作脈沖極性、每個(gè)通道輸出的對(duì)齊方式、時(shí)鐘源以及使用方式（八個(gè)8位通道還是四個(gè)16位通道）。模塊void{E0x00;1；0設(shè)置之前先[256CLK=0xff;//用CAE0x00;0；1情CTL=0x00;//把不級(jí)//PRCLK=0x33;//時(shí)鐘預(yù)分頻，時(shí)鐘A和B與分頻結(jié)//PRCLK[0-7]PCKA[012]PCKB[45//CLKA=Busclock/(2^PCKA)CLKB=Busclock/(2^//CLKA=40M/(2^3)=5MCLKB=5MPRCLK=0x00;PER0=PER2=PER4=PER7=DTY0=0;//初始時(shí)電機(jī)占空比為0，即電機(jī)轉(zhuǎn)速為 DTY2=0;DTY4=DTY7=E=0xb5;//使}軟件功能與電機(jī)輸出4.3.1如果一旦處于直立狀態(tài)則啟動(dòng)車(chē)模直立控制、方向控制以及速度控制。車(chē)模的直被均勻分配在0-4的中斷片段中。因此每個(gè)中斷片段中的任務(wù)執(zhí)行的周期為5200Hz。將任務(wù)分配到不同的中斷片段中，一方面防止這些任務(wù)累積執(zhí)行時(shí)間超過(guò)1毫秒，擾亂一毫秒中斷的時(shí)序同時(shí)也考慮到這些任務(wù)之間的時(shí)間先后順序。這些任務(wù)包括：（1）電機(jī)測(cè)速脈沖計(jì)數(shù)器與清除。累積包括車(chē)模角度計(jì)算、直立控制計(jì)算、電機(jī)輸出等。（4）車(chē)模速度控制：0-190PID節(jié)。因此，速度調(diào)節(jié)的周期為100毫秒。也就是每秒鐘調(diào)節(jié)10次。（5）車(chē)控制算法與曼濾波效果相似而且簡(jiǎn)單，最終我們選用了互補(bǔ)濾波 {if(i<100){}Kt=*pOutputAngle=Kt*accel+(1‐Kt)*(*pOutputAngle‐gyro_y*}Car_PIT_PID_Out=Car_PIT_Kp*Car_PIT+void{floatfloatintnfCarSpeed,nfCarSpeedReal,nSpeedControlIntegral;fCarSpeed=(g_nSpeedLeftCe+g_nSpeedRightCe)/2;g_fCarSpeed=fCarSpeed*CAR_SPEED_CONSTANT;fDelta=g_fSpeedGet‐g_fCarSpeed;fP=fDelta*SpeedPgain;fI=fDelta*{if(fDelta<0{}}elseif(g_fSpeedControlIntegral<={if(fDelta>0{}}{}}車(chē)模方向控制利用線性CCD到的賽道中心值與車(chē)身中心值的偏差值void{staticfloatUINT8loss_flag=0;intnfDelta,nfcenter;{center=}elseif{fDelta=left_edge+half_pluscenter=left_edge+}elseif{}{}

center=right_edge‐fP=fDelta_Old=fDelta;g_fDirectionControlOutNew=fP+fD;CCD圖像處理與識(shí)別PVCCCD在白色跑道區(qū)域返回的電壓模擬量高，深色背景區(qū)域返回的電壓值較低（4.4.4.1為利用展示出到的電壓值，利用此特點(diǎn)提取跳變沿，再結(jié)合算法確定中心點(diǎn)控制轉(zhuǎn)案。如圖4.4.4.2為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次擬合所得的系數(shù)變化。輔助調(diào)試工具方案一：直接使用 scalecodewarrior自帶的調(diào)試工具True-TimeSimulator&Real-mode，模式，還可以實(shí)時(shí)的觀察各個(gè)變量、器以及寄存器的值，但此功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不方案二：使用串口獵人方案三：使用Labview開(kāi)發(fā)工具自行設(shè)計(jì)上位機(jī)，LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview擁有非常強(qiáng)大的庫(kù)函數(shù)，圖像處理、機(jī)器人控制、信號(hào)使用Labview的VISA串口控件、圖形顯示控件就能實(shí)現(xiàn)下位機(jī)參數(shù)的接收和實(shí)時(shí)顯示，但僅僅是接收和顯示還不能滿足我們的需要，因此，我們還使用了Labview的文件文件I/O控件進(jìn)行參數(shù)的保存，這樣，把之前的數(shù)據(jù)調(diào)出來(lái)就可以進(jìn)行對(duì)比分析，十分方便，對(duì)所存數(shù)據(jù)的顯示由另外兩個(gè)子Vi來(lái)完成。調(diào)試工具的制作，除了使用Labview外，還可以使用，的數(shù)據(jù)處理能綜上，我們?cè)谧詈蟮恼{(diào)試選擇了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具使用的IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖5.2.1所示。它能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)MK26提供與之配套的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)模塊。在目標(biāo)程序的方面，通過(guò)JLINK與單片機(jī)之間的連接程序。在調(diào)試方面，使用MKL26的SWD進(jìn)行調(diào)試，利用NRF2401與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)參數(shù)的調(diào)試，使用串口調(diào)試工具或PC的超級(jí)終端進(jìn)行程序的調(diào)試。使用AltiumDesigner設(shè)計(jì)硬件電路。圖5.2.1IAR第六章CCD*1、陀螺儀*1、加速度計(jì)*1、編紅外接收管第七章經(jīng)過(guò)了近五個(gè)月的努力，我們終于完成了制作。在此，對(duì)幫助過(guò)我們的老師同學(xué)表示深深的謝意。感謝飛思公司和主辦方為我們提供了一個(gè)展們提供經(jīng)費(fèi)，場(chǎng)地，設(shè)備。最后，向?qū)忛喌母魑粚＜医淌诒硎旧钌畹闹x邵貝貝.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[LC／OS-Ⅱ(第2版)[M].．譚浩強(qiáng) 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].新型PID控制及其應(yīng)用2002年作者：陶永華主編周金萍等 易大義,“計(jì)算方法 浙江大學(xué)俞斯樂(lè)著，“電視原理”，國(guó)防工業(yè)余永權(quán),“單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用”，電子工業(yè)卓晴，黃開(kāi)勝，邵貝貝，“學(xué)做智能車(chē)”，航空航天大學(xué)邵貝貝著，“單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)方法余志生，“汽車(chē)?yán)碚?(第4鄧魯華等，“數(shù)字圖像處理（原書(shū)第3）”，機(jī)械工業(yè)MichaelJ.Young，“VisualC++6從到精通”，電子工業(yè)void{uint8i=ROW,j=0;allinit();gyroadj();{ plete plete)){gpio_set(PTE26,1);if(bufflag==1)imagepro(ImageBuf);gpio_set(PTE26,}if(comm==0){O} }elseprintf("Gyro_Offset=%d\n",(int)GYROSCOPE_OFFSET);printf("dGyro_Offset=%d\n",(int)DIRECTION_OFFSET);printf("G_Offset=%d\n",(int)GRAVITY_OFFSET);printf("LEFT脈沖計(jì)數(shù)為:%d\n",g_nLeftVoltageSigma);printf("RIGHT:%d\n",g_nRightVoltageSigma);printf("carspeed=%d\n",(int)(g_fCarSpeed*100));printf("cardirect=printf("Speedset=%dprintf("DIRset=%d\n",(int)(g_fDIR*100));printf("D_P=%d\n",(int)(DIR_CONTROL_P*10000));printf("D_D=%d\n",(int)(DIR_CONTROL_D*10000));}else-5-5 if(sentflag==0){uart_putchar(UART0,0xff);sentflag=1;}if(i==ROW){i=0;plete=sentflag=0;//uart_putchar(UART0,//uart_putchar(UART0,//uart_putchar(UART0,}(j<COL){if(ImageBuf[i][j]==0xff)ImageBuf[i][j]--;uart_putchar(UART0,ImageBuf[i][j]);j}j=0;i++;}}if(j<if(ImageBuf1[i][j]==0xff)ImageBuf1[i][j]--;uart_putchar(UART0,ImageBuf1[i][j]);j}j=0;i++;}}}}}voiddrawline(uint8{intintintfloatoffset=0,offset1=0;for(j=77;j>=0;j--){pData[startline-1][j]+(uint8)pData[startline-2][j]<300{Leftline[startline]=j;Leftline[startline-1]=j;Leftline[startline-2]=j;}-7-7}for(j=77;j<=COL-1;j++){if((uint8)pData[startline][j](uint8)pData[startline-1][j]+(uint8)pData[startline-1][j]<300{Rightline[startline]=j;Rightline[startline-1]=j;Rightline[startline-2]=j;}}Centreline[startline]=Centreline[startline-1]=(Rightline[startline-+Leftline[startline-Centreline[startline-2]=(Rightline[startline-//pData[startline-2][Centreline[startline-for(i=startline;i>=5;i--{RightLost=LeftLost=for(j=((Leftline[i-2]-10)<2?2:(Leftline[i-2]--2]+10)>COL-3?COL-3:(Leftline[i-{if(((uint8)pData[i-2][j-1]==0)((uint8)pData[i-2][j-2]==0)&&((uint8)pData[i-{RightLost=1;}}for(j=((Rightline[i-2]-10)<2?2:(Rightline[i-2]-e[i-2]+10)>COL-3?COL-3:(Rightline[i-{if(((uint8)pData[i-2][j+1]==0)((uint8)pData[i-2][j+2]==0)&&((uint8)pData[i-{}}{Centreline[i-3]=Centreline[i-2]-(last_rightline-Rightline[i-if(Centreline[i-3]<=0)Centreline[i--9-9}elseif(LeftLost==0&&RightLost==1)/{Centreline[i-3]=Centreline[i-2]+(Leftline[i-2]-;if(Centreline[i-3]>=COL)Centreline[i-}elseif(RightLost==1&&LeftLost==1)/{last_leftline=left_point;last_rightline=}else{}/***去除間斷點(diǎn)Centreline[i-1]=COL;//靠右補(bǔ)Centreline[i-1]=0;//靠左補(bǔ)//Centreline[i-//pre_left_point=//pre_right_point=right_point;}for(i=30;i<=55;i++){if(Centreline[i]==0){j++;}offset+=(Centreline[i]-}