光电组-科技猫老大队

本人完全了解第十届“飞思”杯大学生智能汽车邀请者本人，比赛和飞思半导体公司可以在相关主页上收开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的、图像资将 块、倾角检测模块、oled显示模块和串口调试模块等组成。本设计采用飞思公司生产的32位Cortex-M4内核的微处理器MK60DN512ZVLQ10作为控制单元，并编写相应TSL1401CCD：自平衡；自主寻迹；黑线提取；赛道识别Thesystemismainlycomposedofapowersupplymodule,DCmotordrivemodule,roadinformationidentificationmodule,speeddetectionmodule,tiltangledetectionmodule,OLEDdisplaymoduleanddebuggingmoduleetc.Thisdesignuses32bitCortex-M4kernelflythinkofCarlecompanyproductionofmicroprocessorMK60DN512ZVLQ10asthecorecontrolunit,andthepreparationofthecorrespondingcontrolprocedurestocompletethebalancecontrol,speedcontrol,directioncontrolthreemajortasks.Throughthedesignofdynamicmodelingfromthebalanceofthecar,thecarcondition.Thegyroandaccelerometerforangleandanglevelocityofbody.ThePDcontrolbasicuprightimplementcarofcarangle.Thephotoelectricencodertogetthecar'sspeed,PIDcontrolofspeed.Thespeedcontrolsignalandcontrolsignalsuperimposedloadbalancetotherearwheelstwomotor,realizethecarstationaryandupright.Toobtainthetrackimagenformationwiththecamera,imagedenoising,extractthetrackcenterlinequicklyandaccuray,obtainthedirectiondeviationcontrolcar.ThedirectioncontrolandsteeringangularvelocityPDcontroltoadjusttheleftandrightwheelsdifferentialimplementcarsteeringandautonomoustracing.:self-alance;autonomoustracing;imagednoising;line第一章引 错误!未定义书签飞思智能车竞赛的意 错误!未定义书签。技术报告章节安 错误!未定义书签第二章系统主要控制原 错误!未定义书签平衡控制原 错误!未定义书签速度控制原 错误!未定义书签方向控制原 错误!未定义书签第三章智能车机械结构设 错误!未定义书签车模整体安 错误!未定义书签。轮胎的处 错误!未定义书签CCD的安装...........错误!未定义书签。3.4偏振片的安装错误!未定电路板安 错误!未定义书签加速计与陀螺仪的安 错误!未定义书签电池的安装位 错误!未定义书签第四章智能车硬件设 错误!未定义书签系统总体硬件组 错误!未定义书签系统各硬件模块设 错误!未定义书签主控简 错误!未定义书签稳压电源模 错误!未定义书签倾角测量模 错误!未定义书签赛道信息模 错误!未定义书签电机驱动模 错误!未定义书签双轮测速模 错误!未定义书签第五章智能车软件设 错误!未定义书签算能与框 错误!未定义书签平衡控 错误!未定义书签速度控 错误!未定义书签方向控 错误!未定义书签CCD图像处理部 错误!未定义书签图像的处 错误!未定义书签坡道的识 错误!未定义书签十字弯的处 错误!未定义书签的识 错误!未定义书签直角弯的处 错误!未定义书签第六章系统调 错误!未定义书签开发工 错误!未定义书签无线调试蓝牙模块及蓝牙上位 错误!未定义书签图像处理上位机软 错误!未定义书签第七章车模主要参 错误!未定义书签车模主要参 错误!未定义书签第八章总 第九章参考文 错误!未定义书签附录程序部分代 错误!未定义书签第一章引言飞思智能车竞赛的意展、前景广阔的为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计技术报告章节第二章系统介绍智能车的平衡，速度和方向的控制原理。第三章智能车机械部分设计：具体介绍智能车的机械设计。第五章智能车软件系统设计：介绍智能车的各部分原理和算法。第七章智能车主要技术参数汇总：智能车主要技术参数说明。制>速度控制>平衡控制原理看成放置在可以左右移动平台上的倒立着的2.2普通单摆受力分析和2.3在车轮图2.2普通单摆受力分 图2.3在车轮上倒立摆受力分Fmgsinmamg （2-式中，由于很小，可进行线性化处理。假设负反馈过程中，车轮加速度ɑ与偏角成正比，比例为k1。如果比例k1>g，那么回复力的方向便于位移方向相反了。 Fmgmkmk akk 式中，为车模倾角,'kk k1>gk2>0k1决定了车模称为微分控制（角速度是角度的微分）。因此上面系数，k1k2分别P参数D数。其中D参数相当于阻尼力，可以有效抑制车模震荡。'角度控制原理框图如图2.4：2.4速度控制原理(1)通过安装的编来测量得到小车的两后轮速度。假设车模在上面直立控制调节下立控制算法可以知道，车模倾角最终是重力加速度Z轴的角度。因此车模的倾角给Z车往前倾的角度给定。此时小车速度控制框图如图2.5。方向控制原理 的差速来实现转弯和寻迹。方向控制结构图如图2.6。2.6车模整体轮胎的本届比赛采用相对于E车模轮胎较滑的PVC材料，为了防止车模在赛道上打滑，提高CCD在满足小车所需的线性CCD的数量下，为了降低整车重心，需要严格控制CCD镜头的安装位置和重量。我们了轻巧的铝合金夹持组件并采用了碳纤维管作为安装CCD偏振片的的有效提取，而且发现偏振片的效果十分显著。CCD3.2电路板驱动板的加速度计与陀螺仪的度计和陀螺仪牢固地安装在了车模较，从而保证检测数据的可靠性。电池的安装系统总体硬件组成

第四章智能车硬件设计加速度计:一路，测量加速度Z轴输出的角度。线性CCD:一路，用于路况图像功能对编产生的脉冲进行计数进一步计算出小车运行速度。 4.14.1主控最小系统赛道信息模块系统各硬件模块设计主控简K60是KinetisK系列的子系列，具有以太网、全功能USB、硬件加密和篡改检测功能，具有丰富的模拟、通信、定时和控制外设。高内存的K60处理器还包括可选的单精度浮点运算单元、NAND闪存控制器和DRAM控制器。串行外设接口异步串口通信稳压电源模块5V K60最小系统为3.3V供电。因为单片机是整个系统的，因此其电源的稳定性尤为重要，固这AMS1117-5.05V5VAMS1117-3.33.3V电源。该电源最大输出电流为1A，低压差，纹波小，并内部集成过流和过热保护功能，精倾角测量模块加速度计可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。本系统选用器，会有时钟噪声产生，所以需要在传感器输出端采用RC滤波电路，以改善信号的质辅助来获得车模直立平衡控制所需要的倾角信息。MMA7361三轴加速度传感器原理如图赛道信息模理元对数据进行处理。其接线原理图如图3.7所示3.7线性CCD4.5CCD电机驱动模块保护等功能。BTN7971应用非常简单，只需要向第2引脚输入波就能控制。当系统BTN79714BTN7971共同组成全桥。系统利用单片机输出信号通过74HC244来控制直流电机驱动BTN7971，通过改变波的占空比调如图3.8所示。4.6双轮测速模块本系统车速检测单元采用欧姆龙E6A2-CW3C型200线编作为车速检测元件。其精度快、精度高，满足控制精度要求。编的工作电压为5—12伏，输出为一系列脉冲。90°。如果电机正转，第二个脉冲90°。如果电机反转，第二个脉冲超前90°。可以通过这个关系判断电机判断的。编与单片机的连接端口如图3.9：图4.7编与单片机的连接端系统软件使用C语言编写而成，采用模块化设计思想，以主程序为，设计了单片机编写上位机软件，建立软件编译、、调试的环境算能与框跌倒，则停止车模运行。主程序流程图如图5.1：平衡控速度增加会变得很大。实际测量MMA7361Z轴信号效果如图5.2：角速度积分可以得到物体转动的角度。角速度积分得到角度如图5.3：力加速度来矫正陀螺仪的角度漂移如图5.5：对于的陀螺仪和加速度计的数值需要减去零偏值。车模保持直立静止时，读出两个AD参数过大时会使得小车在电机的驱动下产生车体的。调节这两个参数可以遵循先比P/*-----车体倾角计 void{floatDeltaValue=(GravityAngle-CarAngle)/Tz;}/*-----车体倾角控 void{floatValue=CarAngle*ANGLE_P+AngleSpeed*ANGLE_D;速度控主定时器定时1ms即每1ms进入一次定时中断服务子程序，通过全局变量制周期为100毫秒。每4ms调用一次函数getmotorpulse（），两个编脉冲进行位的25%时将误差限制在设定的25%。接下来对给定速度与测得速度做差求得速度偏差，对其进行pid运算，并且对积分制适当限幅。最终将速度控制参数赋给全局变量速度控制参数包括比例P和积分I两个是进控制闭环的速度设定值置为0。然后开始后面的比例和积分参数的调整。具体的调试过小车速度收敛速度会显著提高。为快速找到PI参数大体范围，我们制作一简单赛道，在方向控制能完成寻线条件下调整速度PI参数使速度收敛达到下图效果，黄像为小车P剧烈变化，我们对PI参数在一定范围内动态处理，当出现卡顿和侧滑漂移时，产生的速void{ LPTMR0_CSR&=~LPTMR_CSR_TEN_MASK;LPTMR0_CSR|={speedleft=-}{speedright=-}}leftmotorpulse+=speedleft;}void{floatfP,fI;floatSPEED_I,SPEED_P1;CarSpeed*=CAR_SPEED_CONSTANT;fDelta=CAR_SPEED_A-CarSpeed;}lastfDelta=fDelta;if(fDelta>=30){SPEED_I=SPEED_I2*0.25;else{SPEED_I=(1.375-0.0375*fDelta)*SPEED_I2;{SPEED_I=SPEED_I2;{fDelta=30;{SPEED_P1=(1.15-0.015*fDelta)*SPEED_P;{SPEED_P1=SPEED_P;fP=fDelta*}fP=fDelta*SPEED_P;fI=fDelta*SpeedControlIntegral+=fI;if(SpeedControlIntegral>SPEED_I_MAX){SpeedControlIntegral=SPEED_I_MAX;}if(SpeedControlIntegral<SPEED_I_MIN){SpeedControlIntegral=SPEED_I_MIN;}SpeedControlOutOld=SpeedControlOutNew;SpeedControlOutNew=fP}void floatValue=SpeedControlOutNew-SpeedControlOut=Value*(SpeedControlPeriod+1)/SPEED_PERIOD if(SpeedControlOut>=SPEED_OUT_MAX)SpeedControlOut=SPEED_OUT_MAX;if(SpeedControlOut<=SpeedControlOut=}方向控void floatfDValue,DltaTurn;DirectionControlOutOld=DirectionControlOutNew;LASTdOffset=dOffset;}void{float {DirectionControlOut if(DirectionControlOut<=Direct_OUT_MIN){ }CCD图像处理部图像获取今年的赛道信息复杂，对光源传感器做出了要求，使用CCD进行赛道识别时结合了传统的跳变沿算法和二值化算法。对于我们的模型车，CCD在赛道上可能的状态有：在普通的赛道处、在起点处、在十字路口处、小S别把左右各55个像素点记为left10~64和right64~118，利用剩余的像素点来对赛道信息进行。这些像素点中每个点的灰度值理论上都有0到255这28种状态，为后期图像处理void{uint8i;{}}void{int{{}else}}void inti;{ }else}}坡道的识别{{POflag_A=1;}{}{ POflag=1;} POnum=0;}十字弯的处理叉处出现，相比保持上次误差值我们最终采用给定固定误差64。的识别void{inti;{}for(i=61;i>32;i--{}{obstacle_flag=1;}{obstacle_flag=2;}直角弯的处理标志位为1，左线标志位为0或者左线标志位为1，右线标志位为0，则直角的标志位自动加1。根据小车当前的速度值给cishu这个变量赋一个确定的值，如果直角的标志位大于等于该值，即可认为是遇到了直角。判断出直角后，给一个固定误差，直到看到左右线且中线在64附近，同时配合转向陀螺仪的90度积分，使其在图像情况下不会出if((leftflag==0)&&(rightflag==1)&&(midline>=60)&&({ZJnum_L++;elseelse{}}第六章系统调试开发工具并最终生成可执行文件。下图