智能汽车设计实践——光电管型设计ppt课件

1、第第6章章 智能汽车设计实际智能汽车设计实际光电管型设计光电管型设计 武汉科技大学信息科学与工程学院123武汉科技大学信息科学与工程学院 6.1 机械设计机械设计 v6.1.1 光电管传感器的规划光电管传感器的规划 v6.1.2 舵机的安装舵机的安装 v6.1.3 测速传感器的安装测速传感器的安装 武汉科技大学信息科学与工程学院6.1.1 光电管传感器的规划光电管传感器的规划 v1传感器的规划间隔传感器的规划间隔 v2传感器的径向探出间隔传感器的径向探出间隔 武汉科技大学信息科学与工程学院传感器的规划间隔传感器的规划间隔v各个传感器的规划间隔对智能车的运转，是有一各个传感器的规划间隔对智能车的

2、运转，是有一定影响的。传感器的间隔能否适宜，对过弯的准定影响的。传感器的间隔能否适宜，对过弯的准确性以及防止飞车有很大的影响。确性以及防止飞车有很大的影响。 v设定传感器间隔的原那么是：既要满足一定的密设定传感器间隔的原那么是：既要满足一定的密度以保证走弯道时轨迹相对准确，又要尽能够拥度以保证走弯道时轨迹相对准确，又要尽能够拥有大的横向控制范围来防止飞车。假设传感器间有大的横向控制范围来防止飞车。假设传感器间隔设置适宜，当赛道有一点微小的变化时，小车隔设置适宜，当赛道有一点微小的变化时，小车的控制单元就能进展相应的反响改动前轮转的控制单元就能进展相应的反响改动前轮转角，从而使得过弯道的轨迹与弯

3、道大体重合，角，从而使得过弯道的轨迹与弯道大体重合，准确性好。准确性好。 武汉科技大学信息科学与工程学院传感器的径向探出间隔传感器的径向探出间隔 v1“一字形规划一字形规划 : “一字形规划是传感器一字形规划是传感器最常用的规划方式，即各个传感器在一条直线上，最常用的规划方式，即各个传感器在一条直线上，从而保证纵向的一致性，使其控制战略主要集中从而保证纵向的一致性，使其控制战略主要集中在横向上，其排布如图在横向上，其排布如图6.1所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院传感器的径向探出间隔传感器的径向探出间隔v2“八字形规划八字形规划: “八字形规划从横向来八字形规划从横向来看与看与“一字

4、形规划类似，但它添加了纵向的特一字形规划类似，但它添加了纵向的特性，从而具有了一定的前瞻性，其排布如图性，从而具有了一定的前瞻性，其排布如图6.2所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院传感器的径向探出间隔传感器的径向探出间隔v3“W字形规划字形规划: 为了可以提早地预测到弯为了可以提早地预测到弯道的出现，我们还可以将左右两端的传感器进展道的出现，我们还可以将左右两端的传感器进展适当前置，从而构成适当前置，从而构成“W形规划，此外，还可形规划，此外，还可利用利用“W形规划来检测赛道的弯曲程度。其光形规划来检测赛道的弯曲程度。其光电管排布如图电管排布如图6.3所示。所示。 武汉科技大学信息科

5、学与工程学院6.1.2 舵机的安装舵机的安装 v在智能车上，舵机的输出转角经过连杆传动控制在智能车上，舵机的输出转角经过连杆传动控制前轮转向。舵机是系统中一个具有较大时间常数前轮转向。舵机是系统中一个具有较大时间常数的惯性环节。其时间延迟正比于转过的角度，反的惯性环节。其时间延迟正比于转过的角度，反比于舵机的呼应速度。对于快速性要求极高的智比于舵机的呼应速度。对于快速性要求极高的智能小车来说，舵机的呼应速度是影响其过弯最高能小车来说，舵机的呼应速度是影响其过弯最高速度的一个重要要素，特别是对于前瞻不够远的速度的一个重要要素，特别是对于前瞻不够远的智能小车更是如此。智能小车更是如此。 武汉科技大

6、学信息科学与工程学院6.1.2 舵机的安装舵机的安装v提高舵机控制前轮转向速度的一种方法是采用杠提高舵机控制前轮转向速度的一种方法是采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，其安装图如图出臂，其安装图如图6.4所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.1.3 测速传感器的安装测速传感器的安装 v为了减轻智能车的质量，测速时应尽量选用质量为了减轻智能车的质量，测速时应尽量选用质量轻精度高的传感器，为了不影响加速性能，编码轻精度高的传感器，为了不影响加速性能，编码器的传动齿轮较小，根本上和电机的齿轮一样。器的传动齿轮较小，根本上和电机的齿

7、轮一样。其安装图如图其安装图如图6.5所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2 硬件设计硬件设计 6.2.1 HCS12控制中心控制中心 6.2.2 电源管理单元电源管理单元 6.2.3 途径识别单元途径识别单元 6.2.4 车速检测模块车速检测模块 6.2.5 舵机控制单元舵机控制单元 6.2.6 直流驱动电机控制单元直流驱动电机控制单元 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2 硬件设计硬件设计v硬件电路设计是智能车控制系统设计的根底。智硬件电路设计是智能车控制系统设计的根底。智能车控制系统硬件构造主要由能车控制系统硬件构造主要由HCS12控制中心、控制中心、电源管理单元、途径识别电

8、路、车速检测模块、电源管理单元、途径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路组成，其系统硬件构造如图组成，其系统硬件构造如图6.6所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.1 HCS12控制中心控制中心vHCS12控制中心单元既可以直接采用组委会提控制中心单元既可以直接采用组委会提供的供的MC9S12EVKX电路板，也可以自行购买电路板，也可以自行购买MC9S12DG128单片机，然后量身制造适宜本单片机，然后量身制造适宜本人需求的最小开发系统。人需求的最小开发系统。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.1 HCS

9、12控制中心控制中心vMC9S12DG12B单片机引脚图如图单片机引脚图如图6.7所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.1 HCS12控制中心控制中心v 在光电管方案中，其在光电管方案中，其I/O口详细分配如下：口详细分配如下：v PH口与口与PA口用于小车光电发光管发光控制；口用于小车光电发光管发光控制；v PT0用于车速检测的输入口；用于车速检测的输入口； v PB口用于显示小车的各种性能参数；口用于显示小车的各种性能参数； v PWM0PP0引脚与引脚与PWM1PP1引脚合并用于伺引脚合并用于伺服舵机的服舵机的PWM控制信号输出；控制信号输出； v PWM2PP2引脚与引脚

10、与PWM3PP3引脚合并用于驱引脚合并用于驱动电机的动电机的PWM控制信号输出电机正转；控制信号输出电机正转； v PWM4PP4引脚与引脚与PWM5PP5引脚合并用于驱引脚合并用于驱动电机的动电机的PWM控制信号输出电机反转。控制信号输出电机反转。 v 在延续途径识别算法中，在延续途径识别算法中，PAD口用于传感区光电接纳管电口用于传感区光电接纳管电压信号的输入口。压信号的输入口。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.2 电源管理单元电源管理单元 v电源管理单元是智能车硬件设计中的一个重要组电源管理单元是智能车硬件设计中的一个重要组成部分，它的作用是对组委会提供的成部分，它的作用是对组委会

11、提供的7.2 V 1800 mA Ni-cd蓄电池进展电压调理。按照系蓄电池进展电压调理。按照系统各部分正常任务的需求，各模块电压值分为统各部分正常任务的需求，各模块电压值分为5 V, 6.5 V和和7.2 V三个挡。三个挡。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.2 电源管理单元电源管理单元v电源管理单元主要用于以下三个方面：电源管理单元主要用于以下三个方面：v1采用稳压管芯片采用稳压管芯片L7805CV将电源电压稳将电源电压稳压到压到5 V后，给单片机系统电路、途径识别的光后，给单片机系统电路、途径识别的光电传感器电路、车速检测的转角编码器电路和驱电传感器电路、车速检测的转角编码器电路和驱

12、动芯片动芯片MC33886电路供电；电路供电；v2经过一个二极管降至经过一个二极管降至6.5 V左右后供应转左右后供应转向伺服电机；向伺服电机；v3直接供应直流驱动电机。直接供应直流驱动电机。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.2 电源管理单元电源管理单元v同时思索到稳压芯片同时思索到稳压芯片L7805CV的额定输出电流的额定输出电流较小，故采用两片较小，故采用两片L7805CV分别对单片机电路、分别对单片机电路、车速检测电路、驱动芯片电路和光电传感器电路车速检测电路、驱动芯片电路和光电传感器电路供电，以保证系统正常运转。其稳压电路如图供电，以保证系统正常运转。其稳压电路如图6.8所示。所

13、示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.3 途径识别单元途径识别单元 v在光电管方案中，经过红外发光管发射红外光照在光电管方案中，经过红外发光管发射红外光照射跑道，由于跑道外表与中心线具有不同的反射射跑道，由于跑道外表与中心线具有不同的反射强度，因此利用红外接纳管可以检测到这些信息。强度，因此利用红外接纳管可以检测到这些信息。经过合理安排红外发射经过合理安排红外发射/接纳管的空间位置可以接纳管的空间位置可以检测到智能车相对于前方道路的位置。红外发射检测到智能车相对于前方道路的位置。红外发射接纳管普通安放在模型车前端，可以安装成一排，接纳管普通安放在模型车前端，可以安装成一排，也可以前后安装

14、两排，传感器的总数量遭到竞赛也可以前后安装两排，传感器的总数量遭到竞赛规那么的限制。规那么的限制。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.3 途径识别单元途径识别单元v 红外接纳管接纳道路反射的红外光后产生电压的变化，红外接纳管接纳道路反射的红外光后产生电压的变化，它可以反映出赛道中心线的位置。这个电压信号可以经它可以反映出赛道中心线的位置。这个电压信号可以经过外部的电压比较器变成高、低电平由单片机的过外部的电压比较器变成高、低电平由单片机的I/O端端口读取，也可以经过单片机口读取，也可以经过单片机A/D端口直接读取。从端口直接读取。从I/O端口读取的参考电路如图端口读取的参考电路如图6.9所

15、示，从所示，从A/D端口直接读端口直接读取的参考电路如图取的参考电路如图6.10所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.3 途径识别单元途径识别单元v两个光电管方案中常见的问题两个光电管方案中常见的问题 v1相邻光电管之间的干扰相邻光电管之间的干扰 v2光电管发射功率的影响光电管发射功率的影响 武汉科技大学信息科学与工程学院相邻光电管之间的干扰相邻光电管之间的干扰v 由于红外发射管是基于漫反射原理的，其发射的红外光能够由于红外发射管是基于漫反射原理的，其发射的红外光能够影响到安装在附近的红外接纳管。消除这种干扰可以采取以影响到安装在附近的红外接纳管。消除这种干扰可以采取以下几种措施

16、：下几种措施： v 1选择发射与接纳方向性好的红外传感器。选择发射与接纳方向性好的红外传感器。v 2选择发射与接纳一体化的红外传感器，它的外壳可以选择发射与接纳一体化的红外传感器，它的外壳可以抑制相邻干扰。抑制相邻干扰。 v 3在红外接纳管上安装黑色套管，使其只接纳前方一定在红外接纳管上安装黑色套管，使其只接纳前方一定角度内的红外光线，这种减小互扰动的措施效果较好。角度内的红外光线，这种减小互扰动的措施效果较好。 v 4使相邻的红外发射使相邻的红外发射/接纳管交替任务即接纳管交替任务即“点火。点火。这种方法不仅减小了相邻红外传感器之间的干扰，同时也降这种方法不仅减小了相邻红外传感器之间的干扰，

17、同时也降低了整体传感器的功耗。低了整体传感器的功耗。 武汉科技大学信息科学与工程学院光电管发射功率的影响光电管发射功率的影响 v为了添加前瞻间隔，需求加大光电管红外发射功为了添加前瞻间隔，需求加大光电管红外发射功率，使得前往的红外线的强度提高，这样不仅使率，使得前往的红外线的强度提高，这样不仅使得电池电能的耗费量添加，同时也会缩短红外发得电池电能的耗费量添加，同时也会缩短红外发射管的寿命。为处理这个问题，可以利用红外接射管的寿命。为处理这个问题，可以利用红外接纳管呼应速度快的特点，采用光电管脉冲发射纳管呼应速度快的特点，采用光电管脉冲发射/接纳的方法加以处置。红外发射管任务在周期脉接纳的方法加

18、以处置。红外发射管任务在周期脉冲方式下，可以大大降低平均任务电流，从而降冲方式下，可以大大降低平均任务电流，从而降低了整个发射电路的电量耗费。低了整个发射电路的电量耗费。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.4 车速检测模块车速检测模块 v为了使得模型车可以平稳地沿着赛道运转，除了为了使得模型车可以平稳地沿着赛道运转，除了控制前轮转向舵机以外，还需求控制车速。经过控制前轮转向舵机以外，还需求控制车速。经过对速度的检测，可以对车模速度进展闭环反响控对速度的检测，可以对车模速度进展闭环反响控制。此外，假设采用基于途径记忆的控制战略，制。此外，假设采用基于途径记忆的控制战略，为了获取道路信息，需求

19、得到智能车的行驶间隔，为了获取道路信息，需求得到智能车的行驶间隔，也必需经过车速检测模块来间接实现。也必需经过车速检测模块来间接实现。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.4 车速检测模块车速检测模块v车速检测普通是经过检测驱动电机转速来实现的。车速检测普通是经过检测驱动电机转速来实现的。竞赛中所运用的常见测速方法列举如下：竞赛中所运用的常见测速方法列举如下： v1转角编码盘转角编码盘 v2反射式光电检测反射式光电检测 v3霍尔传感器检测霍尔传感器检测 武汉科技大学信息科学与工程学院转角编码盘转角编码盘v转角编码盘分为绝对位置输出和增量式位置输出转角编码盘分为绝对位置输出和增量式位置输出两种

20、。普通可运用增量式编码盘。它输出脉冲的两种。普通可运用增量式编码盘。它输出脉冲的个数正比于电机转动的角度，从而使编码盘输出个数正比于电机转动的角度，从而使编码盘输出脉冲的频率正比于转速。可以经过丈量单位周期脉冲的频率正比于转速。可以经过丈量单位周期内脉冲个数或者脉冲周期得到脉冲的频率。内脉冲个数或者脉冲周期得到脉冲的频率。 武汉科技大学信息科学与工程学院反射式光电检测反射式光电检测v许多队伍在后轮齿轮传动盘上粘贴一个黑白相间许多队伍在后轮齿轮传动盘上粘贴一个黑白相间的码盘，经过安装在码盘侧面的反射式红外传感的码盘，经过安装在码盘侧面的反射式红外传感器，来读取光码盘的转动脉冲。其原理和转角编器，

21、来读取光码盘的转动脉冲。其原理和转角编码盘的测速机理是类似的。码盘的测速机理是类似的。 武汉科技大学信息科学与工程学院霍尔传感器检测霍尔传感器检测v在后轮轮毂上粘贴在后轮轮毂上粘贴1个或者个或者2个小型的永磁体，个小型的永磁体，附近固定一个霍尔传感器。霍尔元件有附近固定一个霍尔传感器。霍尔元件有3个引脚，个引脚，其中其中2个分别是电源引脚和接地引脚，另一个是个分别是电源引脚和接地引脚，另一个是输出信号引脚，只需经过一个上拉电阻接至输出信号引脚，只需经过一个上拉电阻接至5 V电压，就可以构成开关脉冲信号。后轮电机每转电压，就可以构成开关脉冲信号。后轮电机每转1周，那么可以产生周，那么可以产生1个

22、或者个或者2个脉冲信号。这种个脉冲信号。这种方式简易、廉价，但测速精度不如前面的方法，方式简易、廉价，但测速精度不如前面的方法，由于永磁体本身的体积决议了不能够在后轮轮毂由于永磁体本身的体积决议了不能够在后轮轮毂上安装过多磁片，对测速精度要求不高的队伍可上安装过多磁片，对测速精度要求不高的队伍可以思索此方法。以思索此方法。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.5 舵机控制单元舵机控制单元 v舵机本身是一个位置随动系统。它是由舵盘、减舵机本身是一个位置随动系统。它是由舵盘、减速齿轮组、位置反响电位计、直流电机和控制电速齿轮组、位置反响电位计、直流电机和控制电路组成的。经过内部的位置反响，使它的

23、舵盘输路组成的。经过内部的位置反响，使它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对于它的控出转角正比于给定的控制信号，因此对于它的控制可以运用开环控制方式。在负载力矩小于其最制可以运用开环控制方式。在负载力矩小于其最大输出力矩的情况下，它的输出转角正比于给定大输出力矩的情况下，它的输出转角正比于给定的脉冲宽度。但实践上，由于舵机反响的延迟性，的脉冲宽度。但实践上，由于舵机反响的延迟性，智能车的舵机转角通常不能在一个控制周期内到智能车的舵机转角通常不能在一个控制周期内到达指定的设定角度，因此，可以在舵机外部再安达指定的设定角度，因此，可以在舵机外部再安装一个位置反响安装，构成双闭环系统，以实时装

24、一个位置反响安装，构成双闭环系统，以实时检测和控制舵机的转动角度。检测和控制舵机的转动角度。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.5 舵机控制单元舵机控制单元v舵机控制单元采用组委会提供的舵机控制单元采用组委会提供的Futaba公司公司S3010型舵机作为智能车方向控制部件。型舵机作为智能车方向控制部件。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.2.6 直流驱动电机控制单元直流驱动电机控制单元 v直流驱动电机控制电路主要用来控制直流电动机直流驱动电机控制电路主要用来控制直流电动机的转动方向和转动速度。改动直流电动机两端的的转动方向和转动速度。改动直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向；而控制

25、直流电电压可以控制电动机的转动方向；而控制直流电动机的转速，那么有不同的方案，较常规的方法动机的转速，那么有不同的方案，较常规的方法是采用是采用PWM控制。驱动电路既可以直接采用控制。驱动电路既可以直接采用MC33886电机驱动芯片，也可以采用大功率电机驱动芯片，也可以采用大功率MOS管来自行设计电机驱动电路。管来自行设计电机驱动电路。 武汉科技大学信息科学与工程学院MC33886全桥驱动电路全桥驱动电路v采用采用MC33886的全桥驱动时，为了提供更大的的全桥驱动时，为了提供更大的驱动电流，可以将多片驱动电流，可以将多片MC33886并联运用，其并联运用，其采用采用3片片MC33886并联方

26、式驱动电机硬件电路并联方式驱动电机硬件电路如图如图6.15所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院大功率大功率MOS管电机驱动电路管电机驱动电路 v采用大功率采用大功率MOS管组成电机驱动电路时，在保管组成电机驱动电路时，在保证大电流驱动电机的同时，可以有效地防止多片证大电流驱动电机的同时，可以有效地防止多片MC33886并联时由于芯片分散性导致的驱动芯并联时由于芯片分散性导致的驱动芯片某些片发热某些不发热的景象。但由分别元件片某些片发热某些不发热的景象。但由分别元件组成的驱动电路的稳定性低于集成芯片。组成的驱动电路的稳定性低于集成芯片。武汉科技大学信息科学与工程学院 6.3 软件设计软件

27、设计v6.3.1 初始化算法初始化算法 v6.3.2 途径离散识别算法途径离散识别算法 v6.3.3 途径延续识别算法途径延续识别算法 v6.3.4 控制战略及控制算法控制战略及控制算法 武汉科技大学信息科学与工程学院 6.3 软件设计软件设计v在智能车控制系统光电管方案的软件设计中，程在智能车控制系统光电管方案的软件设计中，程序的主流程是：先完成单片机初始化包括序的主流程是：先完成单片机初始化包括I/O模块、模块、PWM模块、计时器模块、定时中断模块模块、计时器模块、定时中断模块初始化之后，经过无限循环语句不断地反复执初始化之后，经过无限循环语句不断地反复执行途径检测程序、数据处置程序、控制

28、算法程序、行途径检测程序、数据处置程序、控制算法程序、舵机输出及驱动电机输出程序。其中，定时中断舵机输出及驱动电机输出程序。其中，定时中断用于检测小车当前速度，作为小车速度闭环控制用于检测小车当前速度，作为小车速度闭环控制的反响信号。的反响信号。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3 软件设计软件设计v光电管方案主程序流程图如图光电管方案主程序流程图如图6.17所示。所示。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.1 初始化算法初始化算法 v1A/D初始化初始化 v2PWM初始化初始化 v3定时器初始化定时器初始化武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.2 途径离散识别算法途径离散识别算法 v途径

29、离散识别算法是经过普通途径离散识别算法是经过普通I/O端口将光电管端口将光电管接纳端的电压值读入单片机，根据端口输入的高、接纳端的电压值读入单片机，根据端口输入的高、低电平逻辑来判别该传感器能否处于黑色引导线低电平逻辑来判别该传感器能否处于黑色引导线上方，再挑选出一切处于引导线上方的传感器，上方，再挑选出一切处于引导线上方的传感器，便可以大致判别出此时车身相对道路的位置，确便可以大致判别出此时车身相对道路的位置，确定出途径信息。定出途径信息。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.2 途径离散识别算法途径离散识别算法v 途径离散识别算法简便易行，由于输入量为开关量，所途径离散识别算法简便易行，

30、由于输入量为开关量，所以对硬件及算法的要求都比较低，在传感器数目较多的以对硬件及算法的要求都比较低，在传感器数目较多的情况下也可以实现较高的识别准确性。但它的一个缺陷情况下也可以实现较高的识别准确性。但它的一个缺陷在于途径信息只是基于间隔排布的传感器的离散值，对在于途径信息只是基于间隔排布的传感器的离散值，对于两个相邻传感器之间的于两个相邻传感器之间的“盲区无法提供有效的间隔信盲区无法提供有效的间隔信息，因此其途径识别精度极大地受限于传感器的间距。息，因此其途径识别精度极大地受限于传感器的间距。此外，由于离散算法得到的途径信息是离散值，假设将此外，由于离散算法得到的途径信息是离散值，假设将离散

31、的途径信息直接运用到转向及车速控制战略中去，离散的途径信息直接运用到转向及车速控制战略中去，会导致转向及车速调理的阶跃式非延续变化，这将会对会导致转向及车速调理的阶跃式非延续变化，这将会对智能车的性能产生不利影响。此时，舵机转向及车速控智能车的性能产生不利影响。此时，舵机转向及车速控制生硬，舵机对途径变化反响不灵敏，舵机输出转向相制生硬，舵机对途径变化反响不灵敏，舵机输出转向相对于途径为阶跃式延迟呼应，易产生超调及振荡景象，对于途径为阶跃式延迟呼应，易产生超调及振荡景象，对于追求高车速、短决策周期的控制战略来说，很能够对于追求高车速、短决策周期的控制战略来说，很能够由于舵机呼应不及时而呵斥控制

32、失效。由于舵机呼应不及时而呵斥控制失效。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.3 途径延续识别算法途径延续识别算法 v途径延续识别算法是经过单片机途径延续识别算法是经过单片机A/D口将接纳管口将接纳管电压读入。道路中心线相对于各个红外接纳管的电压读入。道路中心线相对于各个红外接纳管的间隔所引起的电压变化经间隔所引起的电压变化经A/D转换成相应的数字转换成相应的数字量，然后经过插值运算可以得到更加准确的途径量，然后经过插值运算可以得到更加准确的途径信息。然而，由于器件制造工艺引起的分散性问信息。然而，由于器件制造工艺引起的分散性问题，各个光电管的性能特性存在很大的差别，特题，各个光电管的性能特

33、性存在很大的差别，特别是电压动摇范围相差较大，这就给算法制定一别是电压动摇范围相差较大，这就给算法制定一致的规范带来了困难。为理处理这一问题，可以致的规范带来了困难。为理处理这一问题，可以采用归一化方法采用归一化方法把各传感器的电压值都处置把各传感器的电压值都处置成相对于该传感器最大电压白区的电压和最成相对于该传感器最大电压白区的电压和最小电压黑区的电压的变化百分比，以使一切小电压黑区的电压的变化百分比，以使一切的特性曲线的范围都将在的特性曲线的范围都将在0100之间。之间。 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.3 途径延续识别算法途径延续识别算法v在竞赛前先对光电管进展预标定，找到各光电管

34、在竞赛前先对光电管进展预标定，找到各光电管对黑线的敏感程度，将预标定过程中各个光电管对黑线的敏感程度，将预标定过程中各个光电管的最大值和最小值存下来，用最大值减去最小值的最大值和最小值存下来，用最大值减去最小值得到每个传感器在赛道上的输出范围，小车行驶得到每个传感器在赛道上的输出范围，小车行驶过程中，将每个传感器输出的信号减去最小值，过程中，将每个传感器输出的信号减去最小值，再除以该传感器的输出范围即可得到其相对输出再除以该传感器的输出范围即可得到其相对输出值，然后找到其中最大的那个值。该值对应的光值，然后找到其中最大的那个值。该值对应的光电管下面的黑线比例为最大，然后找到此光电管电管下面的黑

35、线比例为最大，然后找到此光电管旁的另外两个光电管。可以根据这三个值可以算旁的另外两个光电管。可以根据这三个值可以算出黑线的准确位置。出黑线的准确位置。武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.4 控制战略及控制算法控制战略及控制算法 v1转角的控制转角的控制 v2车速的控制车速的控制 v3途径记忆算法途径记忆算法 武汉科技大学信息科学与工程学院6.3.4 控制战略及控制算法控制战略及控制算法v为保证小车不断沿着黑色引导线快速行驶，系统为保证小车不断沿着黑色引导线快速行驶，系统主要的控制对象是小车的转向和车速。即应使小主要的控制对象是小车的转向和车速。即应使小车在直道上以最快的速度行驶。在进入弯道的

36、过车在直道上以最快的速度行驶。在进入弯道的过程中尽快减速，且转向要适宜弯道的曲率，确保程中尽快减速，且转向要适宜弯道的曲率，确保小车平滑地转弯，并在弯道中坚持恒速。从弯道小车平滑地转弯，并在弯道中坚持恒速。从弯道进入直道时，小车的舵机要转至中间，速度应该进入直道时，小车的舵机要转至中间，速度应该立刻得到提升，直至以最大的速度行进。为实现立刻得到提升，直至以最大的速度行进。为实现上述控制思想，可以采用不同的控制方法来控制上述控制思想，可以采用不同的控制方法来控制小车的转角和速度。小车的转角和速度。 武汉科技大学信息科学与工程学院转角的控制转角的控制v为了使舵机迅速地转至期望的角度，先经过前排为了

37、使舵机迅速地转至期望的角度，先经过前排发射接纳光电管检测黑线，当小车处于直道时，发射接纳光电管检测黑线，当小车处于直道时，最中间的光电管检测到信号，当处于不同曲率的最中间的光电管检测到信号，当处于不同曲率的弯道时，前排两侧不同的光电管将检测到信号。弯道时，前排两侧不同的光电管将检测到信号。所以，根据前排光电管检测到的不同信号，可以所以，根据前排光电管检测到的不同信号，可以判别出小车所处的位置。然后，根据小车的位置判别出小车所处的位置。然后，根据小车的位置再对调整舵机进展相应的调整。再对调整舵机进展相应的调整。 武汉科技大学信息科学与工程学院转角的控制转角的控制v调整舵机的原那么是：小车处于直道

38、时，摆正舵调整舵机的原那么是：小车处于直道时，摆正舵机。小车处于弯道的曲率越大，那么舵机转角越机。小车处于弯道的曲率越大，那么舵机转角越大。除此之外，小车还会遇到黑色交叉线的特殊大。除此之外，小车还会遇到黑色交叉线的特殊情况，对此，本系统将坚持小车原有的方向与速情况，对此，本系统将坚持小车原有的方向与速度，使小车不受交叉线的干扰。假设小车转过的度，使小车不受交叉线的干扰。假设小车转过的弯过大，那么能够使前排光电管全部偏离黑色轨弯过大，那么能够使前排光电管全部偏离黑色轨迹，从而没有一个光电管检测到黑线，故应使舵迹，从而没有一个光电管检测到黑线，故应使舵机坚持原角度，让小车急转驶回正道。同时，将机

39、坚持原角度，让小车急转驶回正道。同时，将速度适当降低，防止小车冲出轨迹。速度适当降低，防止小车冲出轨迹。 武汉科技大学信息科学与工程学院转角的控制转角的控制v这里采用比例和微分相结合的这里采用比例和微分相结合的PD控制方法。控制方法。v1比例控制：经过前面提取的比例控制：经过前面提取的position与中与中心位置相减得到比例控制的偏向量，然后再根据心位置相减得到比例控制的偏向量，然后再根据偏向量的大小采用比例系数控制舵机转向。偏向量的大小采用比例系数控制舵机转向。v2微分控制：经过存储延续微分控制：经过存储延续20次采样所得到次采样所得到的黑线位置，可以计算出相应的黑线位置变化率，的黑线位置

40、，可以计算出相应的黑线位置变化率，进而根据这个变化率的大小，来调整微分系数，进而根据这个变化率的大小，来调整微分系数，以控制舵机转向。以控制舵机转向。 武汉科技大学信息科学与工程学院车速的控制车速的控制 v由于小车竞赛的赛道是未知的，弯道的分布情况由于小车竞赛的赛道是未知的，弯道的分布情况也不能确定，小车能够频繁地进出弯道，不停地也不能确定，小车能够频繁地进出弯道，不停地调整速度来顺应不同轨迹。所以，需求对智能车调整速度来顺应不同轨迹。所以，需求对智能车的速度进展闭环控制，使得小车的速度可以频繁的速度进展闭环控制，使得小车的速度可以频繁地变化，且能在很短的时间内由当前速度转变为地变化，且能在很

41、短的时间内由当前速度转变为期望的转速。基于这几点的思索，可以思索利用期望的转速。基于这几点的思索，可以思索利用MC9S12DG128单片机的模糊指令集。单片机的模糊指令集。 武汉科技大学信息科学与工程学院途径记忆算法途径记忆算法 v由于传感器看到赛道的长度有限，不能很好地对由于传感器看到赛道的长度有限，不能很好地对赛道情况进展预测，因此，假设小车在跑第一圈赛道情况进展预测，因此，假设小车在跑第一圈的时候可以记下赛道全部途径信息，在第二圈的的时候可以记下赛道全部途径信息，在第二圈的时候那么可以根据第一圈的记忆信息辅助控制，时候那么可以根据第一圈的记忆信息辅助控制，在一样条件下将比不运用赛道记忆的智能车更具在一样条件下将比不运用赛道记忆的智能车更具有优势。有优势。 武汉科技大学信息科学与工程学院途径记忆算法途径记忆算法v胜利实现赛道记忆算法，必需具备以下五个条件胜利实现赛道记忆算法，必需具备以下五个条件v赛车必需识别起跑线。赛车必需识别起跑线。v赛车需求在第一圈记下正确的赛道信息。赛车需求在第一圈记下正确的赛道信息。 v正确地滤波。正确地滤波。 v赛车必需拥有足够的存储空间。赛车必需拥有足够的存储空间。 v赛车在第二圈如何运用第一圈记下的信息。赛车在第二圈如何运用第一圈记下的信息。 武汉科技大学信息科学与工程学院起跑线的检测起跑线的检测 v从图从图6.18的起始线