西安交通大学交流会瑞萨智能车2

1、 瑞萨智能车交流(2)7/9/20221西安交通大学 探讨智能车的总体设计思想探讨激光车的机械特点以及制作方案 探讨激光车的电路特点以及制作方案探讨激光车的软件设计以及编写细节 探讨激光车的调试经验及其他注意事项 总体介绍 机械结构 电路设计 软件程序 调试及其他contents2总体介绍瑞萨智能车赛题特点赛道约束车身约束自由度大对整体方案的依赖性大常规赛与趣味赛赛程资源 官方网站： 淘宝店地址： 西安交通大学3总体介绍跑道制作KT板+波音软片木质基板+波音软片亚克力+表面材料西安交通大学4总体介绍-赛道（常规赛、趣味赛）西安交通大学5机械电路 软件简单，材料方便获得及加工，易维修，轻便，稳固

2、稳定性好，留有余量，简单轻便，最好用pcb加工，连线尽可能少适合所有情况，特殊问题特殊处理，流程简单但鲁棒性强，模块化西安交通大学总体介绍-设计思想（使用激光传感器）花销主导？性能主导？6总体介绍-硬件清单西安交通大学部件花销作用激光及其传感器8*4+1*20=52检测赛道信息车体制作约100元/辆基础机械结构舵机（130500）+50=180550转向及摇头电机及驱动10*4+10*4=80动力来源电路元件约50圆各种电路元件电池5*8=40电源合计约500900圆/辆整体价格和舵机有密切关系7机械结构（基本）西安交通大学轮子减速器电机车体结构轮距间隙匡量重心传感器8机械结构-驱动轮西安交通

3、大学9机械结构-激光架西安交通大学10机械结构（进阶）西安交通大学 前轮转向设计 舵机直连形式 力矩转换形式 传感器位置 前端 中部 驱动方式 前驱 后驱 四驱11机械结构（进阶）-不同前轮控制结构西安交通大学12机械结构（进阶）-不同前部传感器随动结构西安交通大学13机械结构（进阶）-不同测速结构西安交通大学14机械结构其他辅助架构转向及驱动轮底盘激光机摇头机构西安交通大学15机械结构西安交通大学16机械结构-new西安交通大学17电路设计5v，6.5v可调使用lm2596及lm350分别组成5v及6.5v可调电源。5v电源给单片机、摇头舵机及所有传感器供电；6.5v可调电源供电转向舵机。驱

4、动模块传感器模块电源模块西安交通大学闸门及激光模块电机驱动使用组委会提供的驱动电路给四个驱动电机供电。左边两个电机为一组，右边两个电机为一组。为了减小同组电机之间的内消耗，电机的匹配选取较重要。闸门使用组委会的红外调制传感器，置于车体最前方。激光传感器模块借鉴的freescale智能车比赛方案。大家可以自己查找。排布方式类似于组委会红外传感器套件18电路设计（new）-综述西安交通大学5v，6.5v可调使用asm1117-5.0及as1015分别组成5v及6.5v可调电源。5v电源给单片机、摇头舵机及所有传感器供电；6.5v可调电源供电转向舵机。驱动模块传感器模块电源模块闸门及激光模块电机驱动

5、使用bts7960组成全桥驱动，每边为一组，共使用两组全桥驱动，使用两路pwm信号驱动，可以正反转，使用组委会的驱动板思想借助7408和7414实现信号的整合使用一路pwm发生180khz调制波，使用三极管搭建选通电路，使用红外管搭建闸门传感器。共使用3组激光。其他模块辅助电路使用4位八段LED进行实时控制量的显示，也可以显示速度，路程等信息，使用几个led进行道路路况的指示，并辅以蜂鸣器，设有2个按键开关，并有一个滑动变阻器输入调试数据19电路设计-组委会驱动前级方案西安交通大学20电路设计-使用集成IC的驱动前级方案西安交通大学21电路设计-编码器调理西安交通大学22电路设计-激光调制及接

6、受西安交通大学23电路设计方法西安交通大学Protel 99seDXP 2004DXP Designer自制电路板用洞洞板搭建电路板原理图PCB直接PCB24电路设计-效果图西安交通大学25电路设计-问题使用激光时连线过于繁杂，激光容易损坏，不易调试，对于不同赛道适应性不好手工焊接及制作不稳定。不美观，维修较困难。插针稳定性差，模块多，检查问题较困难遇到的问题西安交通大学还需考虑各个模块的电流需求，以及总电流需求用来选择合适的电池，轻便而且放点能力要达到要求。26端口分配-H3048FP6P1 P3/4/5P2PAPB板上拨码开关组委会驱动方案的输出口 1.开始按键； 2.PWM*3； 3.L

7、ed*2;（测速）光电编码器输入使用PA0即TCLKA摇头舵机PWM输出各种控制口，包括：1.激光通断控制；2.速度输出使能；未使用各种传感器输入口，包括： 1.闸门传感器； 2.激光传感器*3； 3.尾输入开关； 4.尾趣味赛传感器*2;H3048F单片机MCU: H3048F 驱动板：组委会套件西安交通大学27端口需求分析-R8C/38A驱动模块 1.电机驱动PWM*2； 2.舵机驱动PWM*2； 3.电机正反转控制输出口*2;各种控制口，包括： 1.激光通断控制*3； 2.速度输出使能*1； 3.LED输出及使能*12； 4.驱动板上LED*2； 5.系统板上LED*2； 6.蜂鸣器使能

8、*1；各种传感器输入口，包括： 1.闸门传感器输入*1； 2.激光传感器输入*5； 3.尾输入开关输入*1； 4.尾趣味赛传感器*2； 5.光电编码器输入*1； 6.板上拨码开关 *4； 7.滑动变阻器AD输入*1； MCU: R8C/38A 驱动板：自制西安交通大学总计： 1.输出口*22； 2.输入口*15； 3.PWM*4；其他资源： 1.定时器*1； 2.180khz发生*1； 3.脉冲捕捉计数*1； 28端口分配（new）-R8C/38AP6P0/P1 P5P2P7/P8P9SPI通讯接口；两路舵机PWM。激光控制；4位8段LED控制及选通。速度使能；编码器测速输入；180khz发生

9、。各种传感器输入口，包括： 1.闸门传感器； 2.激光传感器*4； 3.尾输入开关； 4.尾趣味赛传感器*2;R8C/38A单片机MCU: R8C/38A 驱动板：自制西安交通大学驱动口，包括： 1.驱动两路PWM； 2.驱动方向信号； 3.按键； 4.蜂鸣器；P0：1路AD转换输入；P1：4位板上拨码器。另：P4-板上LED29西安交通大学端口分配（new） -R8C/38A驱动板信号及其他LED控制舵机及编码器输入激光控制各传感器输入SPI通讯片上led片上拨码开关AD输入30单片机内部资源分配-R8C/38A西安交通大学名称具有的功能被分配的功能RATIMER/Event counter

10、Pulse width/period mea。Speed counterRBTIMERProgrammable waveformSystem 0.33ms int.RCTIMER（capture/compare）PWM/PWM2(up to 3 channel available)Servo PWM*2RDTIMER（capture/compare）PWM/synchronous PWM/Complementary PWMPWM3(up to 3 channel available)Motor PWM*2RERealtime clockOUT compare（square wave）180KH

11、Z generatorRFCapture/compareNOT usedRGTIMER（capture/compare）PWMPhase counting mode180KHZGenerator31R8C/38A引脚图西安交通大学32软件程序西安交通大学设计思想模块化调用关系简单便于编写维护以及调试单文件形式同时适应常规赛与趣味赛33主函数模块关系路况检测定时中断每次主程序流程均进行判断0.33ms系统级中断主流程Main()每次主程序流程只进行一种路况处理各种路况分别处理case代码量：约1000行程序框架基础：KIT07及新的KIT07-38A综合并改进。西安交通大学34路况检测判断直角弯

12、判断左变道判断右变道主程序流程中的判断路况顺序。一旦哪个路况条件满足立即跳转到此路况的解决case中进行执行，直到这个路段过去。在左右变道判断中加入了防止判断错误的检测模块，主要是继续判断是否是直角弯西安交通大学失误：未判断坡道，对于坡道上有弯道的情形其实无能为力35路况检测-检测直角弯判断直角弯直角弯标志类型直角弯干扰排除西安交通大学多种可能情况，非直入时条件放宽，多帧共同决断36路况检测-检测左变道/右变道判断左变道/右变道 变道标志类型 变道干扰消除西安交通大学多种可能情况，抖动时条件放宽，多帧共同决断。将直角弯标志错误看成变道后的补救措施37路况处理-各种case模块普通路段case1

13、1左变道case51右变道case61主程序循环中使用pattern传递路况信息当pattern=11，执行case11；当pattern=21，执行case21；当pattern=51，执行case51；当pattern=61，执行case61；西安交通大学直角弯路段case2138路况处理-处理直角弯处理直角弯 直角弯进入段 直角弯保持段 直角弯拐点段 直角弯回正段西安交通大学进入段，可以继续判断标志，或者直接跳过第二条标志保持段，由于都是直道，可将角度控制放缓，速度控制保持拐点段，检测到左右变道标志后进行处理，此处关系到稳定性和快速性回正段，找好最佳的标志回正，进入直道处理39路况处理-

14、处理左/右变道处理左/右变道主程西安交通大学 变道进入段 变道弯保持段 变道弯拐点段 变道弯回正段进入段，可以继续判断标志防止是直角弯，或者直接跳过第二条标志保持段，由于都是直道，可将角度控制放缓，速度控制保持拐点段，全黑后立即打转，并设置特定的角度和速度，此处关系到稳定性和快速性回正段，找好最佳的标志回正，进入直道处理40中断处理流程辅助判断处理激光亮灭控制激光赛道读取0.33ms定时器中断。循环控制激光点亮及读取。3次中断为一帧，可得到一行赛道信息。速度测量每10ms一次，通过光电编码器方波计数获得，时间基准同样是中断。还包括一些辅助判断。西安交通大学速度测量与计算41其他子函数初始化函数

15、，添加了些必要的模块速度、角度计算及其控制模块Stop异常处理基本初始化子函数；Timer延时函数，只是由于定时器中断周期的改变少改了代码；速度、角度及PID控制函数分别为三个子函数，在主流程的各个case中均有可能被调用；Stop函数，处理强制停车等问题。西安交通大学Timer延时函数，组委会版本自带42西安交通大学程序总体流程图43软件开销15%21%39%25%前提条件：使用R8C/38A单片机板，系统时钟频率为20M； 系统总中断时间：0.33ms； 程序周期：1ms。等待时间中断处理控制输出主流程 测速（10ms一次） 激光使能变换 读取赛道信息其他辅助处理信息 程序前一周期结束运算

16、到下一周期的时间。 速度输出 角度输出 辅助控制判断智能车软件系统开销 判断赛道类型 角度计算 速度计算特殊路段执行流程西安交通大学44激光车的调试经验及其他注意事项西安交通大学调试的硬件技巧 加入SD卡、led指示灯、蜂鸣器等 多机通讯，用其他芯片实现数据记录与传输调试的软件技巧 单独写文件，利用printf及串口通讯进行输出 与硬件结合，如SD卡、LED指示灯、蜂鸣器HEW调试环境及R8C/38A的不足 不能在线调试 与pc通讯时中断有限制 通讯较复杂，数据传输不方便45激光车的调试经验及其他注意事项使用激光的好处轻便，对转向舵机不带来额外的力矩付出 速度快，不受转向的影响，独立工作，可以

17、完成更多的功能 对趣味赛的倒车出库有优势 激光的不足不稳定，赛道的污损及结合处的缝隙干扰非常大;由于机械结构的间隙以及轮子的不圆，会在行进过程中使激光上下晃动达几厘米，这对于控制以及标志线的解决是个很大的挑战，目前依然没有好的解决方案。 坡道先天劣势 趣味赛入库距离长至少20不易调试，容易损坏综合来看，在趣味赛中使用激光传感器有一定优势，但是基本会比普通的车多走40cm甚至更多的路程，而在常规赛中，由于赛道的复杂及坡道的限制，红外车还是更好的选择。最大的劣势莫过于对于赛道要求极高，抗干扰、抗扰动能力很差。制作及维护都很困难，且由于高度的限制，放置的空间很有限，设计困难。最大的优势莫过于激光的分

18、体控制对于转向舵机毫无负担并且能够独立工作，完成更多的功能。西安交通大学46车的设计流程方案的确定机械结构的确定，包括尺寸，转向方式，传感器架设方式，以及整体布局。电路模块的确定，包括电源的选择，舵机的选择及满足的参数，驱动的选择及是否配套电机等。设计制作小车机械结构设计制作小车的电路，继而可以搭建完整的车体结构了设计基本的软件流程，编写必要的代码，使小车能基本跑起来调试，完善软件结构与功能。进行机械及电路的修改与优化，定型后做多个备用。总结可能出现的所有问题集可能遇到的所有情况，在软件层面上予以解决。最后，简单介绍下智能车的制作流程-进度控制西安交通大学47车的设计流程-激光的制作激光电路及摇头舵机采用典型的freescale光电组方案，大家可以参考制作。摇头舵机不需要多快，普通的5080元钱的微型数字舵机均可胜任，可以适当调节舵机电压控制速度。激光结构可使用木板或者pcb直接制作，排布方式可以和组委会提供的红外板间距相同，完全能够满足赛道检测要