国赛技术报告-电磁组理工学院

关于技术报告和研究使用的说参赛队员签名： 期 2016年8月10 第一章智能车平台的设 设计理 整体方案框 第二章车模直立原理及机械结构的调 车模直立控 车模速度控 车模方向控 车模倾角测 整体结构展 传感 传动结构的调 PCB的安 机械结构小 第三章硬件电路的设 传感器模 电磁传感 速度传感 KL26主控板模 电源管理模 电机驱动模 硬件设计小 第四章软件系统设 电机PID控 PID算 模拟 数字 软件编译环 上位 调 第五章模型车的主要参 总 参考文 附 大学生智能汽车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。本竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。本文设计的智能车以飞思32位kinetisMKL26Z256为控制器，通过工字型电感为路径探测传感器，来进行路径识别以及转向控制。第一章能车平台的设本章包含智能车平台整体的方案和思路包括机械结构电路搭建赛道信息和直立、在仔细研读了第十一届大学生智能汽车竞赛相关的比赛规则（后文简称赛规）之后，我们决定采用NXP的32位微控制MKL26Z256型号作为控制单元对整个智能车系统进行控制。赛道信息由车体前方架设的几个工字型电感进行，经KL26MCU的AD口接收信号后，用于的运动控制决策同时内部发出波驱动直流电机对智能汽车进行加速和控制，同时通过控制直立车两个的速度差来实现车体的转向，使在赛道上能够自主循迹行驶。PIDOLED和拨码开关作为输旋转编OLED1.1第二章车模直立原理及机械结构的调2.1所示。2.12.2所示。2.2制时，假设车模已经在直立控制下保持了直立稳定，通过改变电机的电压控制车模加速和。车模在加速和的时候直立控制一直在起作用它会自动改变车模的倾角移动车模的重心，木棒的直立。这两个条件，实际上就是控制中的负反馈机制，参见图2.3。2.32.4所示。2.42.5车模可以简化成倒立的单摆2.6置。这个力称之为回复力，其大小为

mgsin

mg2.7单摆在不同阻尼下的运动情况2.8（惯性力复力为Fmgsin

式中，假设控制车轮加速度与偏角成正比，比例为k1。显然，如果k1

g，（g是重F

mk

mk2

ak

k2

式中，为车模倾角；'为角速度；k1、k2控制量。只要保证在k1

g、k

0条件下，可以维持车模直立状态。其中k

可以将电机运动模型简化成如下的一阶惯性环节模型。施加在电机上一个阶跃电压Eut， t

1eT1ut（2- 图2.9电机在不压下的速电压成正比，加速阶段的时间长度取决于时间常数T1，该常数由电机转动惯量、齿轮箱（）PI所示。2.102.11电机PI2.12压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向。如图2.13所示。2.132.142.15u

式中，gk所示。2.162.172.182.192.20比例Tg放大之后与陀螺仪输出的角速度信号叠加之后再进行积分。从图2.20中的框图可以看出，对于加速度计给定的角度g，经过比例、积分环节之后产生的角度必然最终等于g。由于加速度计获得的角度信息不会存在积累误差，所以最终将输出角度中的积累误差消除加速度计所产生的角度g信息中会叠加很强的有车模运动加速度噪声信号。为了避免该信号对于角度的影响，因此比例系数Tg应该非常小。这样，加速度的噪声信号经过比例、积分角度必然与加速度计测量的角度g相等，只是这个调节过程会随着Tg的减小而延长。为了避免输出角度跟着g过长，可以采取以下两个方面的措施：角度与g相等。此后，加速度计的输出只是消除积分的偏移，输出角度不会出现很大的偏2.21车模运动控制总框图图2.21中，为了实现车模直立行走，需要如下信号：调节车模的倾角以适应车模的加速、和转弯的需要。2.222.23

编本车采用的编型号为龙邱科技生产的LQ_ECM _ABI型号双相编，此款编码我们采用的编支架为可调节长度设计方便安装调试确认安装位置后拧紧螺丝并打胶固定，图2.26编的安图2.27编的安

2.28械结构时我们发现，将车体的重心集中在的轴线附近可以获得更好的平衡效果和运行效果。第三章硬件电路的设本章主要介绍智能车的硬件电路部分的设计，其中包括传感器模块，KL26主控板模块，电磁传感10mH电感值的工字型电感作为电磁传感器的电磁感应线圈部分。对感应产生的微小的电压信号采用LM386AD转换器可以识别的模拟电压范386的调节端加入了电位器用来调节输入模拟电压信号的放大输出倍数。3.1速度传感 电路，静电保护，LED电源指示灯等。KL26是半导体公司生产的一款32位的单片机，它256KFlash，ARMCortex-M0+内核，48MHz的主频，812ADC等丰富的资电源分为开关电源和线性电源，从稳压机理上说，开关电源是利用电感和电容作为储能元件来实现升压和降压的稳压电源，而线性电源是利用晶体管或场效应管变化的的动态电阻来调整管压降从而保持输出电压稳定的。从电路形式上说，开关电源中通常有电感，而线性电源中不需要电感。从功能上说，线性电源只能降压，输出电压一定低于输入电压，而且两者一般不会相差过于悬殊，而开关电源可以升压也可以降压，输入和输出电压之间可以有很大的压差。从效果上看，开关电源效率较高，发热低，特别是在输入输出电压差较大的情况下，而线性电源的纹波较小，质量高于开关电源。3.3VOLED5V压。3.25V、常见的电机驱动主要有两种，一种是的驱动电路加MOSFET管设计，一种是采用的们决定采用BTN7970集成电机驱动方案。BTN7970集成电机驱动具有过温、过压、过流、短路保护电路简单可靠、可直接与MCU连接等特点，为了将驱动电路与控制电路，我们采用74HC244缓冲作为。、3.3图3.4电机驱动电第四章软件系统设小车的控制包括传感器数值的处理，陀螺仪数值处理，电机的PID控制，路径方向控制。根据编的数据进行速度的实时闭环，实现小车快速，稳定的运行。开开N行Y结结4.1PIDPID控制。实际经验和理论分析都表明，PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今1.1PIDPIDrt与实际输出值c(te(t)=r(t)－c(tPID控制算法可以分为位置式PIDPID控制算法。PID算法：PID算法：所谓增量式PIDkuΔ增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式PID控制算法进行控制。PID控制算法与位置式PID算法（2－2）相比，计算量小的多，因此在实际中得到这就是目前在计算机控制中广泛应用的数字递推PID开开4.2和，并最终生成可执行文件。IAREmbeddedWorkbench是IARSystems公司提供的专门面AVR、MSP430、k60等内核平台上位通过IAREmbeddedWorkbenchIDE编译软件的调试功能，可以得到大量的信息，为智调OLED作为显示模块用于辅助调试。即有机发光二极管，其无需背光源，相比LCD显示屏，其更轻更薄，可视角度更大，柔软环保且更省电。OLEDCDD图像的显示以及标志PIDflashOLED图4.3主页 图4.4菜单 图 菜单 图 第五模型车的主要参经过改装后，智能汽车的外形参数为：620mm210mm350mm；车重：约智能汽车相关技术参数如表5.1所示：5.120总参考文邑大学学报,2011.8.15． .附#includeinclude.h"voidAD_init(void){adc_init(ADC0_SE1);//PTE16R1adc_init(ADC0_SE2);//PTE18R3adc_init(ADC0_SE8);//PTB0adc_init(ADC0_SE9);//PTB1adc_init(ADC0_SE12);//PTB2adc_init(ADC0_SE5a);//PTE17 }void{ }void{}void{ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP//ALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUPALT1|PULLUP ALT1|PULLDOWN); ALT1|PULLDOWN);gpio_init //}void{ }void{, //设置1MS}void{}#include#define //#defineSPEED_CONTROL_COUNT 20 //速度控制周期100ms#defineDIRECTION_CONTROL_COUNT //方向控制周期15msintintg_nSpeedControlCount=0;intintg_nDirectionControlCount=0;intg_nDirectionControlPeriod=0;intCarStartCount=0;intQiPaoXianCount=0;externintCarStartFlag;externintqipaoxian_flag;void{if(PIT_T(PIT0)==1{{}else{}else{}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}elseif(g_n1MSEventCount=={{}}}}#include//4#define #define #define #define //#define #define #define //#define #define // //#define #define //float#define #define //#define#define#defineint //int 直立加速度计int floatANG_P=70;floatuint16AnglescopeMMA[NUM];uint16GyroVal=0;uint16floatfloatg_fGyroscopeAngleSpeed=0;floatg_fCarAngle=0;floatg_fAngleControlOut=0;floatspe_out_new=0;floatspe_out_last=0;floatspe_out=0;int64int64g_nRightMotorPulseSigma=0;floatg_fCarSpeed=0;intSpeed_Low=0;intSpeed_Mid=1;intintfloatfloatint//intintintfloatfloatfloatintfloatdir_dout=0;floatfloatdir_out_last=0;floatdir_out_new=0;floatdir_out=0;floaterror[2]={0};floatfloatdir_error_last=0;floatdir_gyro_out=0;floatzhuanxiang_speed=0;intGyro_Flag=1;floatg_fLeftMotorOut=0;floatg_fRightMotorOut=0;intg_nAngleFlag=1;intintexternintg_nSpeedControlPeriod;externintg_nDirectionControlPeriod;intStop_Flag=0;externinttingche_flag;intCarStartFlag=0;floattingche_out=0;inttingche_flag=0;intvoid{uint32AnglesumMMA=0;uint32AnglesumGYRO=0;uint16temp;uint16{}{{}{}}{}}void{ // //曼滤}void{float}void {}void { { //{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseelseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseif(g_fCarSpeed<=15)elseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseelseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)elseif(g_fCarSpeed<=38)elseif(g_fCarSpeed<=40)elseif(g_fCarSpeed<=42)}{elseif(g_fCarSpeed<=10)elseelseif(g_fCarSpeed<=20)elseif(g_fCarSpeed<=22)elseif(g_fCarSpeed<=24)elseif(g_fCarSpeed<=26)elseif(g_fCarSpeed<=28)elseif(g_fCarSpeed<=30)elseif(g_fCarSpeed<=32)elseif(g_fCarSpeed<=34)elseif(g_fCarSpeed<=36)