文稿教程讲稿

关于技术报告和研究使用的说日 第一章整车设计概 设计思 技术方 第二章机械系统设计及实 舵机的安 编的安 头的安 前轮定位参 轮胎选 红外滤光片的选 第三章硬件系统设计及实 硬件电路概 硬件设计框 传感器的选 3.3.1头的选 编的选 电路实现方 供电系 最小系 电机驱动系 舵机驱动系 头速度反 第四章软件系统设计及实 软件设计框 速度控 方向控 PID参数整 图像处 4.5.1预处 二值化处理及判别分 信标灯位置计 第五章开发与调 开发环 调试工 第六章主要技术参 参考文 附录：部分程序代 在不久的将来会成为汽车生产和汽车市场的主品。大学生“”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为，鼓励创新的一项科技竞赛活动，已经进行到第十一届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛努力拓展新的竞赛内设计思向运动。当车模上安放的磁标进入信标附近的感应线圈后，比赛系统会自动切组别的优势在于场地内的信标会发出红色和红外光线，所以车模只需要法，并在设计制作的B车模上完成了验证，实现了既定的功能。硬硬件软件技术方我们选用了动力性较好的B车模。B车模精度不是很高，因此在规则允许基于车模安装要求，我们设计的电路板高度集中，电源、电机驱动和传感器采用了OV7620头用来图像和龙邱LQ_ECM 512线增量式编用来转速。OLED显示屏来显示系统状态，按键来调节系统参数，SD卡数据，蓝牙发送数据给上位机从而观测动态数据。1-2别控制电机和舵机从而分别控制速度和方向。系统结构如图1-3。1-31-4舵机的安迹近似于某空间曲线。空间连杆机构的分析综合均较平面连杆机构复杂，间连杆机构分析中重要而又的问题是位移分析。对多于4杆的空间连杆机7R机构，由输入求输出位移的代数方程式高达32次。ADAMS软件进行了运动分析，得到了合适的舵机安装位置和摆臂长度，如图2-1。2-1编的安编，防止啮合错位，保证啮合齿轮轴的平行度与传动的平滑性。将其安装在尾部的图2-2编安装头的安头是整辆车的眼睛，头的安装是最重要的。头的安装要求使得头位于整个车模的中心位置，而且高度要适合于图像和处理。通过多组对比试验，我们最后决定使用单杆结构来固定头，单杆使得整个支架十分简约，但也会带来头易抖动的问题。这时，单杆与底盘之间的连接可靠性就显得尤为重要。头的高度也会影响其抖动，架的越高则越容易抖的我们架低了头使之与地面的距离在250mm左右。头与单杆之间的连内，为此我们设计和制作了一种简单的结构。头支架安装如图2-3所示。图2-3头杆固定支前轮定位参主销内倾(KingpinInclination)是在汽车横向平面内，主销轴线上端略向内倾转向轮外倾角(Camber)对的转弯性能有直接影响,它的作用是提高转向坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度1°左右。但是，对于4个参数都能人为设定，车模本身已经轮胎选B车模采用的是降低了整车的附着系数，使车模的稳定性。因此我们在安装轮胎的时红外滤光片的选10Hz，红外光40kHzLED5050IRC‐85L850nm最20‐80mA相当。LED驱动电流波形都是占空比为50%的波形，红色LED的频率为10Hz,红外LED频率为40kHz。为了最大限度的滤除环境光对传感器的影响，我们采用了850nm2-42-5硬件电路概MK60FX512ZVLQ15，使用一LM1117-3.3产生3.3V电压为单片机能够正常稳定的运行，不会出现复位或跑飞现象。另LM2940给编码器、蓝牙、OLED供电，舵机LM1084-ADJ供电。调试过程中，采用人机交3-1硬件设计框3-2传感器的选头的选OV7620CMOS彩色／黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方式，VGAQVGA664×49230fps；数据格式包括YUV、YCrCb、RGB三种，能够满足一般图像系统的要求。OV76202Y[7..0]UV[7..0]，其中对于数据口Y[7..0]，输出的是灰度值Y，对于UV[7..0]输出的色度信号UV。下图给出了像OV7620CMOS彩色／黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方编的选要用于精度高，带宽大，测量范围广的编，测速的编。龙邱LQ_ECM _SDZ512线增量式编具有体积小，质量轻，稳定性高的特点，外壳直径14mm，长度18mm，战胜大个头光电式编，输出型号类型为CMOS信号，能力强，不需上拉电阻直接和单片机连接，供电电压3.3V到5V可选，编可输出编的运转方向，即不需要正交也可以完成方向识别，同时该编也可正交。同时最大1000rpm，满足B车的图3-3编实物电路实现方供电系3-4高、损耗小、可以降压也可以升压，但是交流纹波稍大些。智能汽车竞赛统一配发的标准车模用7.2V2000mAhNi-cd供电，而单片机系统使用的是3.3V的电源。编码器OLE液晶，头均需要5V电源，伺服4V6V（为提高伺服电机响应速度，且防止烧坏伺服舵5V供电）7.2V2000mAhNi-cd蓄电池直接供3-5LM2940LDO最大的优点是电路简单，相较开关电源稳压波纹小，电压稳定，且输3.3V供电我们采用了TPS7333固定3.3V线性稳压该输出电流在0到500mA之间，作为主控的供电已经足够，且为了保证K60最小图3-6TPS输出比TPS7333的最小压降，故直接将电池电压进行稳压到3.3V是不可行的，会一定程度上增大功耗，增加发热量，不利于LM2940稳压得到的5V进行再次降压得到稳定的3-7最小系3-8最小系统是整个系统工作的，它的稳定性关系整个小车的稳定性，故其电路的设计必须十分可靠，根据技术资料该共有11个VCC和GND，为了VCC与GND，从而使电源更加稳电机驱动系可至约20A,mos管完全满足B车电机使用电流要求。3-11舵机驱动系3-125V供电，实验后发现舵机很少出现烧毁现象，舵机电压稳压我们最终采用的是LM1084ADJ可调线性稳压。Vout=1.25v∗(1 3-14LM1084的压降与输出电流的关系曲线，由此可见输出电流越大，LM1084电压波纹度与功耗大小的关系，根据曲线关系，可以其噪声在可控范围之内，我们选取了直插封装便于散热，综合各方面可以作为较好的舵机稳压。3.4.5图3-15头电路FPC软排线和排座，能够有效简化电路，且软排线弯曲灵活，偏差，属正常情况，故我们的电池一般使用到7.5V便需要更换。3.4.6速度反图3-16编信号输出速度闭环需要编进行速度反馈以达到速度设定和控制的目的，根据编图3-17编接软件设计框各传感器信号、处理他们同全局变量实现互相的通讯，如图4-1所示。4-1速度控PID控制算PIDPID是指数字控制器的输出只是控制量Δe(k)=e(k)-e(k-1)

式式一般计算机控制系统的采样周期T在选定后就不再改变，所以，一旦确定Kp、Ti、Td3次测量的偏差值即可由式(3)或式(4)求出控制增量。增量式算法优点：1、算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过处理获得比较好的控制效果；2、计算机每次只输严重影响生产过程；3、手动—自动切换时冲击小。当控制从手自动切换时， 方向控那些纯滞后较大的区域里，微分项是为力，而在测量信号有噪声或周期性PID1）先整定比例部分:KpPID的积分项和微分项（Ki=0、Kd=0）Kp逐渐减小，直至系统振荡，且系统反应快，超调小。记录此时的比例系数Kp，设定PID的比Ki一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略微缩小(如缩小为原值的0.8消除。3）加入微分控制：若使用比例积分调节器消除了静态误差，但动态过反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在来进行PID参数的整定，实验结果显示，有较好的效果。图像处预处4-2OV7620对于OV7620，只关心场中断信号VSYN、行中断信号HREF、像素中断信号PCLK的波形。VSYN的周期是16.64ms，高电平时间为换场时间，约80us；低电平时间内像素输出。在VSYN脉冲时，既可以上升沿，也可以下降沿，下降沿更准确些，这也是一场的开始。从VSYN的周期可以算出，1s/16.64ms=60帧，OV762060帧/s。HREF63.6us，高电平时间为像素输出时间，约47us；低电平时间为换行时间，因此HREF一定要采集其上升沿，下降沿后的数据是无效的。从HREF的周期可以算出，73ns，高电平输出像素，低电平像素无效。PCLK是一直输出的，因此一定要在触发VSYN并且触发HREF以后，再去捕捉PCLK才能捕捉到像素数据。从PCLK的周期可以算出，47us/73ns≈640，可以算出每行图像中有640个像二值化处理及判别分二值化是图像分割的法，即将256个亮度等级的灰度图像通过适当同的阈值，运算后得到的结果图像是完全不同的。由于智能车运行环境较为复最大类间方差法是由学者大津(NobuyukiOtsu)于1979年，是一2部分。背景和目标之间的类间方差越大,2部分的差别越大,信标灯位置计到的图像分析：信标灯是半球形，所以处理得到的二值化图像会表现为灯的位置为一团接近圆形的白域。由于滤光片过滤了所有杂点，所以图开发环IAREmbeddedWorkbench（IAR）C/C++交叉编译器和调试器是今天世界最完整的和最容易使用专业嵌入式应用开发工具。IARSystems是全球领IAR对不同的微处理器提供一样直观用户界面。IARSystems提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开发和C/C++编译器和调试器的集成开发环境(IDE)、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。IAR今天已经支持35种以上的8位/16位32ARM的微处理器结构，我们使用IARDebug效率和实时查看变量数值等优点。IARSystems调试器（Debugger）BDM连接到我们设计的智能小车控制电路板上，这样我们就可以实时读到K60微控制器中寄存器的状态、变5-1IARAltiumDesigner除了全面继承包括Pro99SE、ProDXP在内的先前一板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGAPCB设计及嵌入式设计集AltiumDesignerPro软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，AltiumDesigner对计算机的系统需求5-2AltiumDesigner调试工FreeCarsFreeCars团队专门用于Freecars17个通道的数据显示，非常适用于智能车的调试，同时该上位机提供头图像查看、5-3Freecars高度宽度质量2(包括1个头，1个编 算机、机械及车辆工程等多个学科。本文采用的控制是一款飞思半导体公司生产的32位微控制器——MK60FX512VLQ15，利用了微控制器的强大功能实了对智能小车的高速控制，从最终来看，本系统具有较好的控制性能发出通过驱动使车模维持在一定速度；控制车模方向--通过控制舵机使车 [1]黄开胜等.学做智能车.：航空航天，2007年3月第1版第十一届大学生“”杯智能汽车竞赛处，竞速比赛规则与赛ARMCortexM4嵌入式系统开发实践-基于飞思K60系列微控制器林编著:强著.C程序设计 :，宋雪峰，，.面向智能交通系统的图像处理[J].计算机工程与应用.2001年09期.余灿键，，.PID算法在智能汽车设计上的应用.——《学做智ToddD.Motton.嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller[M].:科学社.2003年8月第1版.COPYRIGHTCopyright(c)Allrights OLED #include"include.h"staticvoid staticvoid static static static static static static static static static static uint8 uint8LCD uint8Page2_Var_NUM; MASelect};//定义函数指针，用于保存命void { }void{ MainRefreshNum=={ }else MainRefreshNum=={//OLED_ }} { OneRefreshNum=={ }{OLED_ }} { TwoRefreshNum=={ }{OLED_ }} { ThreeRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FourRefreshNum=={ }{OLED_ }} { FiveRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SixRefreshNum=={ }{OLED_ }} { SevenRefreshNum=={ }{ }} { EightRefreshNum=={ }{OLED_ }} { {LCD}{ }} { { }{ }} { MASelectRefreshNum=={ {OLED_P6x8Char(40,5,'');}{OLED_P6x8Char(40,3,'');}}{ }}void { OLED_Fill_0(90u,6u,6);OLED_Fill_0(90u,6u,6); OLED_P6x8Str_ch(45,2,"SD_ON { { } } }void {KeyEvent[ }void { }void { }void { }void { }voidLCD { }void { {}{{}{}}}void { }void