浙大城市学院黑马一号智能汽车邀请赛技术报告.docx
- 文档编号:2763376
- 上传时间:2022-11-12
- 格式:DOCX
- 页数:38
- 大小:290.61KB
浙大城市学院黑马一号智能汽车邀请赛技术报告.docx
《浙大城市学院黑马一号智能汽车邀请赛技术报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浙大城市学院黑马一号智能汽车邀请赛技术报告.docx(38页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
浙大城市学院黑马一号智能汽车邀请赛技术报告
目录II
引言...........................................................................................................................4
第一章系统设计制作的思路以及实现的技术方案...............................................5
1.1系统分析..............................................................................................................5
1.2系统设计结构图..................................................................................................5
第二章机械系统设计与实现.....................................................................................7
2.1车体机械建模......................................................................................................7
2.2车模转向舵机机械结构的设计..........................................................................8
第三章硬件电路系统设计与实现...........................................................................10
3.1硬件电路设计方案10
3.2硬件电路的实现11
3.2.1以S12为核心的单片机最小系统11
3.2.2主板12
3.2.3电机驱动电路14
3.2.4摄像头14
3.2.5编码器15
第四章软件系统设计与实现...................................................................................16
4.1软件整体设计方案16
4.2软件构成17
4.3舵机转向和速度调节的PID控制算法19
4.4有一定抗干扰和抗反光能力的黑线提取算法21
第五章系统联调.......................................................................................................24
5.1开发工具24
5.2调试过程24
5.2.1串口通信25
5.2.2图像显示28
5.2.3图像处理功能28
5.2.4识别交叉线和起跑线31
5.3无线通信实时检测模块31
第六章模型车的主要技术参数...............................................................................33
第七章总结...............................................................................................................34
参考文献.....................................................................................................................35
附件a源程序...........................................................................................................36
附件B模糊控制程序...............................................................................................47
引言
为在大学里不断把理论知识结合实际不断的学习新知识与培养创新精神,我们组队积极参加了第三届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛。
从2008年3月开始着手进行准备,历时近5个月,经过设计理念的不断进步共制作出鉴于CCD传感器基础和相应计算算法的智能小车。
鉴于CCD传感器视距远、信息丰富的特点和新技术路线带来的挑战,我们在今年的方案设计中选择了CCD传感器,以获得更多更精确的信息,使智能车能够满足高速运行下的动力性和稳定性需求,获得了良好的综合性能和赛场表现。
本技术报告将针对我们的传感器信号处理设计安装、底盘参数选择、电路设计、HCS12控制软件主要理论、控制算法等方面进行阐述,并列出了模型车的主要技术参数。
第一章系统设计制作的思路以及实现的技术方案
1.1系统分析
智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车,最后成绩按单圈最快时间。
我们分析了第一届和第二届比赛的各个队伍的优缺点,分析了各种传感器的特点和应用范围,并展望了智能车发展方向,比较了光电传感器和CMOS图像传感器的优缺点。
红外传感器相对简单,程序处理也不是很负责,但是前瞻距离很小;CMOS图像传感器前瞻距离大,采样信息量大,便于分析前方路径信息,但是其程序处理相对比较负责,时序控制要求很严格,对单片机速度要求较高。
在这种竞速的比赛中,因为智能车系统在动作决策方面会有一定的延时,因此要想让车跑的更快,车的前瞻性是个很重要的因素。
而且,对前方路径分析的越清楚,那么动作决策的灵活性就越大。
基于以上的考虑和以及以后的技术发展方向,我们决定采取以CMOS图像传感器为基础的寻线系统。
1.2系统设计结构图
下图为系统工作模式图1.1:
CCD传感器拍摄赛道图像并以PAL制式信号输出到CCD信号处理模块进行二值化并进行视频同步信号分离,二值化后的数据和同步信号同时输入到S12控制核心,进行进一步处理以获得图像信息;通过编码器检测车速,并采用S12的输入捕捉功能进行脉冲技术计算速度和路程;舵机转向采用分段PID控制;电机转速控制采用PID控制,通过PWM控制驱动电路调整电机的功率;而车速的目标值由默认值、运行安全监控和基于路径的优化策略综合控制。
图1.1智能车系统结构图
我们采用摄像头图像采集的方式控制小车循迹,在这个基础上,通过舵机控制转向,通过电机控制小车的速度。
在功能模块上,可将整个赛车分为六大部分:
摄像头图像采集模块、电源模块、驱动模块、舵机转向模块,测速模块、辅助调试模块。
下面就这五个模块分别作出简要地介绍:
摄像头图像采集模块:
摄像头的信号通过LM1881视频分离芯片向DG128产生行信号中断和场信号中断,以控制图像AD值的采集;给定一个阀值判断黑线与白线然后通过边沿提取算法提取出每行黑线的位置,通过提取连续行重新购建一帧图像的算法对整个图像进行处理。
通过LM3940开关型稳压芯片将电池电压稳压到5V,给单片机及视频分离电路和测速电路供电;通过稳压芯片MAX734输出稳定12V给摄像头提供电源和MC34063提供6V给舵机提供电源。
驱动模块:
我们组使用了四场效应管驱动电机,以两个场效应管为一路实现加速与减速的功能。
测速模块:
以编码器为反馈信号源,通过同轴运动得到一定频率的矩形波信号,再经过DG128的输入捕捉功能提取出小车的速度值。
我们小车与编码器齿轮比为72:
36。
无线调试模块:
在辅助调试模块中我们使用DG128的SCI串行通讯功能,对赛车进行实时的调试,测量参数。
第二章机械系统设计与实现
为了使车能够更稳定的高速运行,在比赛备战之初,我们就对这个车进行了系统的分析。
我们在实际调试中发现,前轮的束角和主销倾角对车的高速运行下的稳定性影响很大。
高速运行下舵机的转动速度对车转向的灵活程度也起到了根本性的作用。
所以,在整车的机械结构方面我们进行了三方面改进:
转向机构改进、前轮束角调整、底盘高度调整。
2.1车体机械建模
此次比赛选用的赛车车模采用1/10的仿真车模。
赛车机械结构只使用竞赛提供车模的底盘部分及转向和驱动部分。
控制采用前轮转向,后轮驱动方案。
如图2.1所示。
我们在实际调整时的改进办法:
1)、加长舵机柄,从而增大车行进中的车轮转向速度。
这样虽然在舵机转速不变的情况下夹块了车轮的转角速度,但是给舵机转向增大了负荷。
2)、由于前轮轴和车轮之间的间隙较大,对车高速转向时的中心影响较大,会引起高速转向下车的转向不足。
而且这里是规则中严禁改动的部分,所以我
图2.1车体机械图
们只能调整前轮内倾角来弥补车轮在高速转弯中遇到的转向不足的问题。
在实际调试中,我们发现适当增大内倾角可以增大转弯时车轮和地面的接触面积,从而增大车了地面的摩擦程度,使车转向更灵活,减小因摩擦不够而引起的转向不足的情况。
3)、底盘适当降低,在可以过坡道的情况下,尽量降低底盘,从整体上降低车的中心,使车在转弯时可以更快速。
2.2车模转向舵机机械结构的设计
转向系统在车辆运行过程中有着非常重要的作用,合适的前桥调整参数可以保证在车辆直线行驶过程中不会跑偏,即保证车辆行驶的方向稳定性;而在车辆转向后,合适的前桥可以使得车辆自行回到直线行驶状态,即具有好的回正性。
基于这个原因,前桥参数调整及转向系统优化设计必然会成为智能车设计中机械结构部分的重点,在实际操作中,我们通过理论预测进行方案的可行性分析,然后做出实际结构以验证理论数据。
另外,在模型车制作过程中,除了遇到方向稳定性的问题外,还要考虑如何尽快实现转向。
而由于功率是速度与力矩乘积的函数,追求速度,必然会使力矩减小,因此设计时就要考虑到舵机的动力与来自地面的摩擦阻力间的关系,避免因舵机力量太小使得车辆无法转向的情况发生。
经过最后的参数比较,为了解决以上问题,我们希望通过设计一些可调整的机构,加上实际测算,最后得出一套可以稳定、高效工作的参数及机构。
图2.2
改进后的舵机转向机构及安装图我们使舵机力臂加长,提高了舵机转向灵敏度,让前轮转向响应更快。
同时此种放置方法可使舵机轴处于两前轮轴的垂直平分线上,达到让两前轮力臂相等,这样舵机在转向时力度比较均匀。
小车在寻迹转向中更加精确快速。
第三章硬件电路系统设计与实现
3.1硬件电路设计方案
从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标:
可靠、高效、简洁,在整个系统设计过程中严格按照规范进行。
可靠性是系统设计的第一要求,我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计,做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作,将高速数字电路与模拟电路分开,使本系统工作的可靠性达到了设计要求。
高效是指本系统的性能要足够强劲。
我们主要是从以下两个方面实现的:
1、通过芯片说明内部A/D完全能够满足我们采样的频率等方面的要求所以我们采用内部A/D转换器实现高速A/D转换,大大提高了图像采集的分辨率;
2、使用了由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器,该驱动器大大提高了电动机的工作转矩和转速。
电机控制光耦
LM1881
简洁是指在满足了可靠、高效的要求后,为了尽量减轻整车重量,降低车体重心位置,应使电路设计尽量简洁,尽量减少元器件使用数量,缩小电路板面积,使电路部分重量轻
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 浙大 城市 学院 黑马 一号 智能 汽车 邀请赛 技术 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)