智能车竞赛专题培训资料

1、智能(zh nn)车竞赛专题培训主讲(zhjing)： 张树波共青团北京联合大学委员会共九十三页赛车的意义(yy)汽车及车模简介电池使用方法赛道及比赛规则研究项目介绍关于电机驱动关于舵机驱动关于赛道检测方式最佳路线问题飞斯卡尔单片机介绍软硬件设计注意事项工程化方法与团队精神答疑时间共九十三页赛车(si ch)的意义 该竞赛与教育部已举办的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计4大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。 引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现(fxin)和培

2、养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。共九十三页汽车(qch)及车模简介二通道(tngdo)遥控赛车车模车模调校的主要参数 后倾角 外倾角 前束 减震弹簧预紧力共九十三页电池(dinch)使用方法参数(cnsh)：电压：1.26=7.2 v容量：2000mAh放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）共九十三页电池使用(shyng)方法正确(zhngqu)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700mA，平均充电电流300mA，涓流充电电流小于100mA，充电时间约为10小时。共九十三页

3、电池使用(shyng)方法正确(zhngqu)放电：由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将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限电压。厂家给出了放电下限电压为6V。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，当电池电压低于6V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。因为当电池电压降到接近6V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电路，到了给电池充电的时候了。共九十三页赛道及比赛规则

4、赛道材料(cilio)： KT板、高密度、白色、0.5厘米厚。中心黑线： 为黑色即时贴经过裁减而成。7Of63共九十三页赛道及比赛规则详细参考资料第二届智能车竞赛专网 联合大学(dxu)团委网站书籍作 者：卓晴 等编 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大学出版社 定 价：36.50元用指定(zhdng)车模沿黑线跑两圈取单圈最快者为胜。共九十三页研究(ynji)项目介绍汽车(qch)动态分析车速控制系统方向控制系统赛道检测系统电子控制系统策略规划系统行为决策系统路况记忆系统数据传输系统共九十三页模型车电机(dinj)特性电机特性(txng)和MC33886芯片共九十三

5、页一、电机(dinj)特性RS-380SH共九十三页一、电机(dinj)特性RS-380SH共九十三页一、电机(dinj)特性RS-380SH共九十三页一、电机(dinj)特性RS-380SH共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)特性(txng)：工作电压：5-40V导通电阻： 120毫欧姆输入信号：TTL/CMOSPWM频率： 10KHz短路保护、欠压保护、过温保护等；共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)应用说明：多个(du )MC33886并联使用；共九十三页二、MC338

6、86芯片(xn pin)应用说明：使用半桥：由于赛车过程中不时用倒车，所以可以只使用其中的半桥；并且将两个半桥并联，扩大芯片的驱动能力；使用其中的一个半桥驱动电机(dinj)；使用另外一个半桥作为12V升压电路为CCD提供工作电源；共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)使用说明：规则中的电容限制全部电容容量和不得超过2000微法；电容最高充电电压不得超过25伏。电机加速与减速限制，避免(bmin)对于工作电源的影响；共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)使用说明(shumng)：PWM频率限制： 10KHz共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)使用说明(shumn

7、g)：PWM频率限制： 10KHz共九十三页二、MC33886芯片(xn pin)使用说明：PWM频率(pnl)限制： 10KHz共九十三页关于(guny)舵机驱动舵机内部结构舵盘、齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。工作原理脉宽信号给定参考位置，舵机内部电路(dinl)通过反馈控制调节舵盘角位。舵盘角位由PWM控制信号的脉宽决定。共九十三页关于舵机(du j)驱动舵机基本参数型 号： S3010 电 压： 4.0 6.0 V角度控制： 1/ 400us工作速度(sd)： 0.16 + 0.02 堵转力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm共九十三页关于舵机(du j)驱动舵机(du

8、 j)控制方法三线连接方式红线：电源线+6V蓝线：地线黑线：PWM控制信号共九十三页使用S12 PWM输出控制(kngzh)舵机舵机(du j)简介S12 PWM控制舵机共九十三页一、舵机(du j)简介舵机功能(gngnng)舵机结构舵机的基本参数舵机控制方法共九十三页舵机(du j)的功能舵机最早出现在航模(hngm)运动中；发动机进气量；副翼舵面；水平尾翼舵面；垂直尾翼舵面；赛车中控制前轮转向；共九十三页舵机(du j)的结构舵盘、减速齿轮组、位置(wi zhi)反馈电位计5k，直流电机、控制电路板等；工作原理：控制信号控制电路板电极转动 齿轮组减速 舵盘转动 位置反馈电位计控制电路板反

9、馈； 控制量 舵盘角度共九十三页舵机(du j)的基本参数: HS-925尺寸：39.4*37.8*27.8重量：56g工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.8sec/60(6.0V)堵转力矩(l j): 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)工作角度： 45度/400us共九十三页舵机(du j)的连接方法三线(sn xin)连接方法： 黑线：底线； 红线：电源线；两种标准：4.8V, 6V; 蓝线（黄线）：控制信号线； 颜色区分电源线和底线；共九十三页标准驱动(q dn)模型共九十三页实测(sh c)波形（0度）共九十三页实测(sh c)波形（15度）舵机(

10、du j)的控制方法共九十三页实测(sh c)波形（30度）共九十三页实测(sh c)波形（-15度）舵机的控制(kngzh)方法共九十三页实测(sh c)波形（-30度）共九十三页转角(zhunjio)与脉宽舵机(du j)的控制方法共九十三页脉宽与转角(zhunjio)共九十三页信号(xnho)产生方式软件(run jin)计数方式；定时器中断方式；PWM硬件产生方式；等；共九十三页S12 PWM控制(kngzh)舵机S12 PWM控制器；具有8路PWM输出端口；具有独立的8路8bitPWM输出，或者(huzh)4路16bitPWM输出；具有A,B,SA,SB时钟源；共九十三页S12PWM

11、发生器共九十三页S12 PWM控制(kngzh)舵机举例 使用(shyng)PWM4,5合成16bitPWM输出； PWM4 控制信号； PWMCTL_CON45 = 0 x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc = 24MHz共九十三页S12 PWM控制(kngzh)舵机规则限制：伺服电机个数不超过3个；不可以通过(tnggu)提高工作电压提升舵机的性能；不可以更换舵机；共九十三页S12 PWM控制(kngzh)舵机控制说明脉宽范围：对应舵机(du j)旋转角度，一方面舵机(du j)的极限位置；另一方面考虑

12、到车模转向的极限。可以通过测试得到大约40 度左右；PWM周期： 可选择 50 200Hz共九十三页S12 PWM控制(kngzh)舵机控制说明(shumng)： 舵机的响应时间对于控制非常重要，一方面可以通过修改PWM周期获得。另一方面也可以通过机械方式，利用舵机的输出转距余量，将角度进行放大，加快舵机响应速度；共九十三页关于赛道检测(jin c)方式赛道路径(ljng)几何特点 由直线和圆弧组成；赛道路径检测内容 确定路径中心位置； 确定路径方向； 确定路径曲率； 需要在赛道垂直方向上 35点便可确定道路参数；赛道路径检测方法共九十三页韩国(hn u)赛道图共九十三页赛道路径检测(jin

13、c)方法光电管阵列(zhn li)；CCD: 线阵CCD; 面阵CCD; （黑白）激光扫描器；电磁感应；超声检测等共九十三页基于光电管赛道参数检测(jin c)方法光电管阵列优缺点：优点：简单、响应快速等；缺点：空间分辨率低；水平分辨率: 16 pixel /线；（可以采用细分的方法进行优化）；受到大赛(d si)规则传感器个数限制；垂直分辨率：只能检测一点位置；占用端口资源多；安装固定、接线较困难；容易受到外界环境影响；共九十三页基于面阵赛道参数检测(jin c)方法使用面阵检测路径(ljng)参数的优点：分辨率高：识别路径参数多：中心位置、方向、曲率；占用端口资源少：转换；一路中断输入；一

14、路口输入；通过算法减少外部环境影响；共九十三页基于CCD路径(ljng)检测方法难点及解决方法12of18采集速率(sl)；图像的分辨率 : 水平高，垂直低；存储空间；DG128 8KRAM处理速度；图像采集，处理，控制等等；电源电压；12V工作电源共九十三页用S12采集(cij)图像采集速率：S12 AD 转换(zhunhun)速率10bit : 7us视频信号一行时间：64us;(有效图像时间56)一行有效采集像素： 300线/帧共九十三页矛盾(modn)采集速率(sl) 路径检测需要图像特点： 水平分辨率: 高； 垂直分辨率：低；3-5点矛盾：如何解决？共九十三页解决(jiju)采集速率

15、- 解决方法 摄像头水平旋转(xunzhun)90度； 水平分辨率 垂直分辨率共九十三页附加(fji)手段采集速率- 解决方法(fngf) 采用CPU 内部总线超频； 48规则没有限制CPU超频共九十三页初步(chb)计算采集速率- 解决方法 * 摄像头旋转90度； * CPU超频； 可以得到 300 48 分辨率图像；可以满足道路检测需要； 实际(shj)需要可以使用降低的图像分辨率： 72 24 即可； 共九十三页资源(zyun)需求存储空间必须存储正幅图像；这是由于将垂直分辨率转换为水平分辨率的原因；存储空间： 每个像素存储1字节； 72 * 24 图像需要 1728字节； DG128

16、RAM空间为8K字节；可以满足存储需要。 同时还可以开辟双图像存储区，采集、处理(chl)同时进行； 共九十三页占用(zhn yn)资源分析处理速度： 采集时间： 图像采集采用终端采集的方式；节省CPU处理事件； 72 * 24 分辨率下：只对于其中的1/4行进行图像采集。CPU花费(hufi)在图像采集上的时间少于 总时间1/4。其余的时间用于图像处理、控制等运算； 共九十三页图像处理(t xin ch l)处理速度 优化图像路径参数检测算法，算法时间小于 20ms。 图像：黑白色，检测中心算法简单； 可以适当增加些动态亮度补偿(bchng)算法；满足路径参数检测速度要求； 共九十三页工作(

17、gngzu)电源CCD工作电源 12V; 使用PWM 斩波升压电路得到12V电源；这不违反比赛规则； 禁止使用DC-DC升压电路为驱动(q dn)电机 以及舵机提供动力； 共九十三页实现方案(fng n)和试验结果系统(xtng)框图共九十三页连接(linji)CPUCPU最小系统(xtng)共九十三页连接(linji)CPU实现方案(fng n)和试验结果 CPU最小系统PAD02 视频信号IRQ 视频行同步信号PM1 奇偶场信号PWM2 12V 斩波升压开关信号；PWM0,1 电极控制PWM信号；PWM4 舵机控制信号；PAD0,1 电池电压，12V电压监测；共九十三页视频(shpn)匹配

18、电路视频信号同部分(b fen)离电路实现方案和试验结果注意：视频信号不经过直流隔离进入AD转换器；共九十三页升压供电(n din)电路12V 斩波升压(shn y)电路实现方案和试验结果共九十三页电源(dinyun)电路实现(shxin)方案和试验结果共九十三页试验(shyn)版共九十三页试验车共九十三页例图112of18共九十三页例图2共九十三页例图3共九十三页例图4共九十三页例图5共九十三页用摄像头的缺点(qudin)CCD相对昂贵；占用RAM比较多；道路检测速率受到限制； 50Hz检测有一定(ydng)的延时（1/50）秒；附注电路较多：12V, LM1881等；共九十三页后续(hux

19、)问题开发有效(yuxio)路径参数算法；摄像头安装与固定，为之比较的高；摄像头镜头设计；混合检测方法：光电管+ CCD; 多个CCD;共九十三页赛道检测(jin c)小结方法核心内容摄像头旋转90度。水平分辨率垂直分辨率；适当CPU 超频；有效路径检测(jin c)算法；该方法也可以在一些粗分辨率视频监视中进行应用；共九十三页最佳(zu ji)路线问题共九十三页最佳路线(lxin)问题基于虚拟仪器技术的智能(zh nn)车仿真系统特点：赛道与赛车环境模拟控制算法的仿真验证路径识别的方案分析离线/在线仿真相结合基本构架赛道设计界面共九十三页最佳路线(lxin)问题基于虚拟仪器技术的智能车仿真(fn zhn)系统赛车参数设定界面共九十三页最佳路线(lxin)问题基于(jy)虚拟仪器技术的智能车仿真系统动态仿真界面共九十三页飞斯卡尔单片机介绍(jisho)共九十三页飞斯卡尔单片机介绍(jisho)共九十三页飞斯卡尔单片机介绍(jisho)共九十三页飞斯卡尔单片机介绍(jisho)共九十三页硬件设计的一般(ybn)流程1、确立设计需求2、选择合理的方案3、绘制原理图