飞思卡尔智能车硬件培训

1、2013-10-30重庆大学光电工程学院重庆大学光电工程学院电机：电机：540540舵机：舵机：S-D5S-D5B B车模车模车模：车模：G768G768电机电机 RN-260RN-260舵机舵机：TABA3010TABA3010C C车模车模电机电机 RN-260RN-260D D车模车模E E车模车模电机电机 RS-380RS-380电磁电磁组组：四轮车模双向运行。：四轮车模双向运行。车模使用车模使用 C C 型型车模车模, ,车模车模运行方向允许双向运行运行方向允许双向运行。光电光电组组：四轮车模双向运行。四轮车模双向运行。车模使用车模使用 B B 型型车模车模, ,车模车模运行可以在比

2、赛过程中，运行可以在比赛过程中，根据赛道要求随时根据赛道要求随时调整运行调整运行方向。方向。光电光电组组：车模直立行走：车模直立行走。使用使用 D D、E E 型车模。车模型车模。车模运行时只允许动力轮着地，运行时只允许动力轮着地，车模直立行走。车模运行车模直立行走。车模运行方向方向应按照图应按照图3 3 所示：所示： 禁止禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；如有必改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；如有必要可以对于车模中要可以对于车模中的零部件的零部件进行适当删减进行适当删减。 禁止禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机的的传动比。传动比。 禁止

3、禁止改造车模运动传动改造车模运动传动结构。结构。 禁止禁止改动舵机模块本身，但对于舵机的安装方式，改动舵机模块本身，但对于舵机的安装方式，输出轴的连接件没有任何输出轴的连接件没有任何限制。限制。 禁止禁止改动驱动电机以及电池，车模前进动力必须来源改动驱动电机以及电池，车模前进动力必须来源于车模本身于车模本身直流电机直流电机及及电池。电池。 禁止禁止增加车模地面支撑装置。在车模静止、动态运行增加车模地面支撑装置。在车模静止、动态运行过程中，只允许过程中，只允许车模车模原有四个车轮对车模起到支撑作原有四个车轮对车模起到支撑作用。对于摄像头平衡组，车模直立用。对于摄像头平衡组，车模直立行走行走，在比

4、赛过程，在比赛过程中，只允许原有车模两个后轮对车模起到支撑作用。中，只允许原有车模两个后轮对车模起到支撑作用。 为了为了安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等。辅助支架等。 前轮调整前轮调整 后轮调整后轮调整 减震弹簧减震弹簧 其他其他调整调整前轮是转向轮，前轮调整包括以下几个方面：前轮是转向轮，前轮调整包括以下几个方面： 主销内倾主销内倾 ；主销后倾；前轮外倾；前轮前束；主销后倾；前轮外倾；前轮前束主销内主销内倾倾 主主销内销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正，

5、增大摩擦力，避免甩尾。前轮自动回正，增大摩擦力，避免甩尾。角度越大，前轮自动回正角度越大，前轮自动回正的作用越剧烈，但是转向时也越费力，轮胎磨损也增大。主销内倾的作用越剧烈，但是转向时也越费力，轮胎磨损也增大。主销内倾角一般在角一般在5 50 08 80 0之间。之间。 主销内倾是将主销（转向轴线）的上端向内倾，是主销轴线与主销内倾是将主销（转向轴线）的上端向内倾，是主销轴线与通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。主销内倾由前轮悬挂上的螺纹来调节。主销内倾由前轮悬挂上的螺纹来调节。主销内主销内倾倾主主销销后后倾倾 主销后倾是指主销装在前轴端略向后倾斜的角度，它的作

6、用使主销后倾是指主销装在前轴端略向后倾斜的角度，它的作用使车转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫车转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置，使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置，主销后倾越大，在高速主销后倾越大，在高速时，前轮越稳定，但是转向时也越费力。主销内倾角一般在小于时，前轮越稳定，但是转向时也越费力。主销内倾角一般在小于3 30 0。 主销后倾是将主销（转向轴线）的上端向后倾，是主销轴线与主销后倾是将主销（转向轴线）的上端向后倾，是主销轴线与通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。主销内

7、倾由前轮悬挂上的垫片来调节。主销内倾由前轮悬挂上的垫片来调节。主主销销后后倾倾前轮外倾前轮外倾 前轮外倾前轮外倾是指前轮安装后，其上端向外倾斜，前轮的旋转平面是指前轮安装后，其上端向外倾斜，前轮的旋转平面与纵向垂直平面间形成一个夹角，称之为前轮外倾角，其主要作用与纵向垂直平面间形成一个夹角，称之为前轮外倾角，其主要作用是使转向轻便是使转向轻便，前轮外倾角一般在，前轮外倾角一般在0.50.50 02 20 0之间。之间。 前轮前轮外倾的作用在于提高了前轮工作的安全性和转向操纵轻外倾的作用在于提高了前轮工作的安全性和转向操纵轻便性便性。前轮。前轮设置外倾角后，地面对前轮的反作用力沿前轮旋转轴设置外

8、倾角后，地面对前轮的反作用力沿前轮旋转轴线的线的分力将分力将前轮压向转向节内侧，可防止汽车行驶中前轮向外脱前轮压向转向节内侧，可防止汽车行驶中前轮向外脱出，同时出，同时地面地面反力的作用线更接近于转向节轴的根部，可以减小反力的作用线更接近于转向节轴的根部，可以减小转向力，使转向力，使转操纵转操纵轻便灵活轻便灵活。前轮外倾前轮外倾前轮前束前轮前束 小车小车两个前轮安装后两个前轮安装后，左右两，左右两前轮前轮的旋转平面不平行前端略的旋转平面不平行前端略向内收束，这种现象称为前轮前束。向内收束，这种现象称为前轮前束。左右两前轮间后端距离左右两前轮间后端距离A A与前与前端距离端距离B B之之差差（A

9、-BA-B）称为）称为前轮前轮前束值前束值。前轮。前轮前束值前束值一般一般为为0 012 12 mmmm。前轮前束前轮前束 前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损，前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损，前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内倾斜，如果前束适当，前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内倾斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。轮胎滚动时的偏斜方向会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。前轮前束由舵机拉杆前轮前束由舵机拉杆的螺纹来调节！的螺纹来调节！差速器调整差速器调整 汽车拐弯时，左右两轮的转速不同，汽车拐弯时，左右两轮的转速

10、不同，差速器的作用是利用差速器的作用是利用“能量最低原理能量最低原理”自动分配两轮的转速，使汽车平稳过湾自动分配两轮的转速，使汽车平稳过湾 飞飞思卡尔智能车使用的是滚珠差速思卡尔智能车使用的是滚珠差速器，器，虽然差虽然差速性能不及行星轮差速器，速性能不及行星轮差速器，但是调整的好但是调整的好，足以，足以满足车模的需要。满足车模的需要。 通过通过后轮的紧固螺母来调节。后轮的紧固螺母来调节。改变减震弹簧的预紧力改变减震弹簧的预紧力可以改变底盘的刚度，可以改变底盘的刚度，从而改变形式从而改变形式效果。效果。飞思卡尔车模的弹簧预紧力飞思卡尔车模的弹簧预紧力可以通过垫圈的个数来可以通过垫圈的个数来调节。

11、调节。传感器传感器数量不超过数量不超过 16 16 个。传感器数量统计规则如下：个。传感器数量统计规则如下： 光电传感器光电传感器接受单元计为接受单元计为 1 1 个传感器，发射单元不个传感器，发射单元不计算。计算。 CCD CCD 传感器计为传感器计为1 1 个个传感器。传感器。 磁场磁场传感器在同一位置可以有不同方向传感器，计为一个传感器。传感器在同一位置可以有不同方向传感器，计为一个传感器。 电磁电磁组用于检测起跑线永磁铁的干簧管或者霍尔传感器，无论多组用于检测起跑线永磁铁的干簧管或者霍尔传感器，无论多少少个均个均计为一个传感器。计为一个传感器。 对于对于车模的车速和姿态进行检测的传感器

12、也计算在内。车模的车速和姿态进行检测的传感器也计算在内。u赛道材质赛道材质 赛道赛道路面用专用白色路面用专用白色 KT KT 基板基板制作，制作，可以可以铺设一至三层铺设一至三层KT KT 板材。赛道板材。赛道铺设铺设背背景的材料和颜色没有任何限制。景的材料和颜色没有任何限制。u赛道尺寸赛道尺寸 初赛，初赛，跑道所占面积在跑道所占面积在 5m5m7m 7m 左右，左右，决赛阶段时跑道面积决赛阶段时跑道面积可以可以增大。赛道为封闭增大。赛道为封闭曲线形式，赛道的总长度没有限制。曲线形式，赛道的总长度没有限制。u光电组和摄像头平衡组的赛道宽度光电组和摄像头平衡组的赛道宽度不小于不小于45cm45c

13、m；电磁组没有赛道宽度；电磁组没有赛道宽度限制限制。赛道与。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于赛道的中心线之间的距离不小于60cm60cm；如；如下图所示。下图所示。 正确充电：正确充电：推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式，充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式，最大充电电流为最大充电电流为700mA700mA，平均充电电流，平均充电电流300mA300mA，涓流充电电流小于，涓流充电电流小于100mA100mA，充电时间约为，充电时间约为

14、1010小时。小时。 正确放电：正确放电：由于镍镉电池具有记忆效应，由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将对电池的不完全放电将会人为的降低电池的电容量；会人为的降低电池的电容量；从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电，也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电，电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下限电压。限电压。厂家给出了放电下限电压为厂家给出了放电下限电压为6V。因此，在使因此，在使用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路，

15、用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路，当电池电压低于当电池电压低于6V时切断电路，用来保护电池。如果时切断电路，用来保护电池。如果没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因为当电池电压降到接近为当电池电压降到接近6V时，电池已经给不出多少电时，电池已经给不出多少电流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开电路，到了给电池充电的时候了。电路，到了给电池充电的时候了。放电曲线（在放电曲线（在3A3A的大电流放电条件下得到的结果）的大电流放电条件下得到的结果）汽车动态分析汽车动态分析车速控制

16、系统车速控制系统方向控制系统方向控制系统赛道检测系统赛道检测系统电子控制系统电子控制系统策略规划系统策略规划系统行为决策系统行为决策系统路况记忆系统路况记忆系统数据传输系统数据传输系统电机参数每个组都不一样，自己电机参数每个组都不一样，自己查相关参数！查相关参数！ 额定功率额定功率 额定电压额定电压 额定电流额定电流 额定转速额定转速 电路连接好后电路连接好后，用，用一个逻辑输出的信号一个逻辑输出的信号来控制来控制马达。马达。高电平（逻辑高电平（逻辑1 1）让继电器导）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑通，马达转动；低电平（逻辑0 0）让继电器）让继电器断开，马达停止。断开，马达停止。 在在

17、电路相同的情况下，把马达的电路相同的情况下，把马达的“极性极性”反过来反过来接接，可以，可以控制马达控制马达的反转，断开继电器就能控制的反转，断开继电器就能控制停止停止。问题来了：问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转和如果我们要同时需要马达能够正转和反转和速度，反转和速度，怎么办怎么办？我们想要同时控制我们想要同时控制正反向的话，正反向的话，就需要更多的电路就需要更多的电路最最简单的就是简单的就是H H桥电路。桥电路。H H桥电路的桥电路的“H”H”的意思是它实际的意思是它实际电路在电路图上是一个字幕电路在电路图上是一个字幕H H的样式。的样式。我们我们先先来看一来看一个概念：个概念：马达

18、速度。马达速度。当我们在其中一种状态当我们在其中一种状态下，频繁的切换开关状态的时候，马达的转速就不再是匀下，频繁的切换开关状态的时候，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来的是马达速度的变化的是马达速度的变化。 直流斩波器电动机系统原理图和电压波形直流斩波器电动机系统原理图和电压波形 输出电压计算输出电压计算 电动机电动机得到的平均电压为：得到的平均电压为： PWMt/T:为为PWM脉冲的脉冲的占空比，决定平均占空比，决定平均电压的大小！电压的大小！T T内平均电压内平均电压脉冲电压幅度脉冲电压幅度UP高电平高

19、电平“1”低电平低电平“0”Tt舵机基本参数舵机基本参数型型 号：号： S3010 电电 压：压： 4.0 6.0 V角度控制：角度控制： 1/ 400us工作速度：工作速度： 0.16 + + 0.02 堵转力矩：堵转力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cmn三线连接方式三线连接方式红线：电源线红线：电源线+6V黑线：黑线：地线地线白线：白线：PWM控制信号控制信号PWMPWM信号由接收通道进入信号解调电路信号由接收通道进入信号解调电路BA6688BA6688的的1212脚进行解脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比

20、较，获得电压差由压比较，获得电压差由BA6688BA6688的的3 3脚输出。该输出送入电机驱脚输出。该输出送入电机驱动集成电路动集成电路BAL6686BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器过级联减速齿轮带动电位器Rw1Rw1旋转，直到电压差旋转，直到电压差为为0 0，电机电机停止转动。停止转动。利用占空比的变化，改变舵机的位置。利用占空比的变化，改变舵机的位置。方波脉冲信号的周期方波脉冲信号的周期为为20ms20ms，当方波脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，当方波脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，角度变化与脉

21、冲宽度的变化成正比。角度变化与脉冲宽度的变化成正比。赛道路径几何赛道路径几何特点特点: 由直线和圆弧由直线和圆弧组成组成。赛道路径检测赛道路径检测内容：内容： 确定路径中心确定路径中心位置。位置。 确定路径确定路径方向。方向。 确定路径确定路径曲率。曲率。 需要在赛道垂直方向上需要在赛道垂直方向上 35点便可确定道路点便可确定道路参数。参数。赛道路径检测方法赛道路径检测方法竞赛规则竞赛规则： 校内赛：校内赛：每个组别选取前两名参加赛区赛每个组别选取前两名参加赛区赛，并颁发，并颁发学校一、二学校一、二、三等奖。、三等奖。 赛区赛：赛区赛：每个组别选取参赛队数的每个组别选取参赛队数的10%10%参加全国总决参加全国总决赛，并颁发赛区一、二、三等奖以及优胜奖。赛，并颁发赛区一、二、三等奖以及优胜奖。 全国总决赛：全国总决赛：每个组别前三名获得特等奖，每个组别前三名获得特等奖，40%40%左右左右参