自动寻迹智能车

1、设计目的 智能车主要是为完成自动寻迹功能而设计的。要求能自动识别道路、并做出相应的动作，以达到更快、更准、更稳的行驶效果。智能车采用红外传感器对路面 和速度信息采样送进 MC9S12 单片机进行处理，通过合 理利用 MC9S12 的功能如 A D 转换模块、 RTI 中断等， 并配合控制策略，控制车子在各个时刻的运动以达到自动寻迹目的。 赛道检测   本车采用红外发射接收一体化传感器 (ST178) 进行道路信息采集。 ST178 外形见图 1 。 2 道路信息检测电路原理图如图 2 。 由于比赛规则限制，本车在检测电路中仅使用了 14 个红外传感器 ( 传感器越多道路检 测越精确

2、) ，每个传感器都通过上图所示的电路接到单片机的 A D 口上。通过对红外传感器进行选择和测试可调整最佳的感测距离。该传感器的最佳感应距离为 2 3cm ，白色感应电压大于 2.5V ，黑色感应电压小于 IV( 赛道为 2.5cm 宽的黑色引导线 ) 。通过单片机 A D 转换后黑色数据小于 60 ，白色数据大于 128 。能够很好的识别到赛道的变化，具有较高的稳定性。 传感器位置的排布非常讲究、如采用直板排布，高速运动下智能车容易出现犯规。 我们采用了“梯形排布”方式，试验证明效果明显，有效地防止止高速情况下智能车老出界的问题。见图 3 。 由于道路检测精度要高，而传感器数目有限，所以采取中

3、间密集两边稀疏的排列方式，这样能够更好的利用有限资源来检测道路信息。 智能汽车速度检测电路 为节省资金、我们就地取材，速度检测部分用的是鼠标中的光电对管，并配合鼠标中的齿轮使用。 检测电路的 PCB 板见图 4 。其中 U1 ， U2 分别为红外接收和发射管。 BT 为电源，左边 +5V 右边为 GND 。 U3 为信号线。当发射和接收管中间没有遮挡时、 U3 为高电平，如果被遮挡 U3 为低电平。通过这个原理就可以检测车速。 ( 在车轴上套一个齿轮，当齿轮随车轴转动时，齿轮上的锯齿会不断遮挡红外线的发射和接收。这样 U3 上会产生频率与车轮转动频率成正比的正弦波。找到他们之间的换算关系就可以

4、进行速度测量。 速度检测方面我们还设计了 F V 转换电路。但事实证明很不成功，不仅精度低、而且还出现了一定程度的数据延迟，这对赛车的影响是相当大的。 最后还是选择将传感器采集出的信号、直接通过单片机的一路 A D) 进行采集分析。效果比较满意。此方案能够及时有效地实现速度的采集与控制。 智能汽车电机驱动电路介绍驱动方案有很多种 1 专业驱动芯片驱动 可以使用比赛组委会推荐的 MC33886 ，它的优点是简单、可靠，只要按照 PDF 说明连接电路就行。缺点是集成元件散热效果不好、须外加散热片。并且导通内阻偏高，不利于电机的瞬时响应。 改进方案是将多片 MC33886 并联，以减小导通内阻。 2

5、 分立元件搭建驱动电路 我们采用分立元件搭建驱动电路，图 5 所示为 H 桥方案：通过 Q1 、 Q4 或 Q2 、 Q3 同时导通来实现电机的正反转，并通过电机反转实现赛车减速。 H 桥驱动电路的 PCB 板见图 6 。 由于驱动电路的导通内阻对车的性能影响极大 ( 影响瞬时响应速度 ) ，在高速情况下 0.01s 都可能决定你的成败，因为当车速达到 2m s 时、 0.01s 你的车就出界 1cm 了。所以我们选择并管来减小导通内阻。并且选用的都是低导通内阻的管子 (p60n06 和 IRF9640) 各种驱动我都做了实验， 1298 也是集成驱动芯片。用它搭成的驱动电路效果很差，不仅驱动

6、无力而且芯片发热严重。 mc33886 也没能达到预期效果。只有分立的 H 桥效果理想。 车载电源 作为一节电池供电的车来说，电源部分也是相当重要的。选用低压差稳压芯片是必要的，我们选择 LM2940 -5V 稳压芯片。实践证明，选用此种方案能够出色完成任务。单片机在很大电压范围内都能稳定工作。 LM2940-5 也是 3 端稳压芯片，其用法和 7805 相同这里不再赘述。电源 PCB 板见图 7 。 舵机的作用和工作原理 小车靠舵机控制转动方向来转弯。舵机的工作相当简单，它是一个脉宽控制器件。在其控制线上输入一个周期 50Hz 的 pwm 信号，舵机的转角同输入信号的脉宽呈线性关系。 45

7、°对应 1100 s 脉宽， 0 °对应 1500 s 脉宽， 45 °对应 1900 s 脉宽。 改变脉宽时、舵机转角自动变化到对应值。舵机的标准工作电压是 6v ，但比赛中为了提高舵机的响应速度，我们把它直接接在电池上，采用 7.4v 供电。 小车的控制算法 本车采用分段查表的方法，转弯采用大弯、中弯、小弯的控制方式。针对不同的道路检测信息，采用不同的转弯和速度数值来控制小车行驶。例如 1 4 个传感器的值是 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0(1 为道路检测所在位置 ) ，即可确定跑道位置并配合当前速度的采样值作出相应控制。 例如当速度很

8、小时，转弯相对灵敏。相同的道路信息我们让舵机转角小些。而当速度较高时、惯性很大，我们要相应改变算法，即使道路检测偏差很小，我们也要以很大的角度弯。否则赛车一定会冲出跑道。 为达到最好的效果，要不断反复实验，测出各种曲率赛道上小车的极限过弯速度并不断修改参数。力求所有情况小车都能以极限速度过弯。这就要求算法的准确性。可惜以光电管检测的精度实现上面想法很困难。 所以下一代车我们决定采用 CCD 摄像头检测道路信息。这样能够精确算出赛道的曲率并调整车速与转弯角度，有望实现完美的通过弯道。使用摄像头能够大大提高小车道路的前瞻性。这对速度比赛是很重要的。提前减速，提前转弯，以最大半径入弯都是以大前瞻性为前提的。 实践也证明了这点，所以在本次比赛中所有使用摄像头的队伍占有压倒性优势。这也是值得我们学习和改进的地方。 心得体会 我们在比赛中所使用的参数均为经验值。以后应该先建立数学模型，求出理论最佳值再配合实际加以修改。希望同学们以后也应该如此。这样能提高效率和准确度。 通过这次比赛了解了电路保护的重要，凡是大电流电路均应注意保护和隔离 ( 如加上光耦隔离 ) 。就是