第六届飞思卡尔智能车大赛哈尔滨华德学院摄像头组技术报告 (1)
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飞思卡尔智能车总结模版脚踏实地艰苦风斗我有幸能够参加____年全国点学生飞思____智能车竞赛,在这次竞赛中我们学到了很多,有专业方面的知识,比如单片机,各类传感器,不同芯片间的通信等等,也学会了一些书本上没有的东西,比如团队合作,如何网上购买到好的元器件,如何布局pcb板上各个元器件的位置等。
为了这次比赛,学校提前好久就开始准备了。
只是我们的课程比较多,平时去实验室的机会不是很多,为此我们也很伤脑筋。
终于等到寒假了,我们几个全身心的投入到这次比赛的准备中。
每天早上起来买点早餐就直奔实验室,白天动手做下硬件,晚上回到宿舍在就看下理论,联系编程。
这样的日子我们一点都没有感觉到累,每天都希望自己会学到更懂得东西,好似饿了许久的动物,得到了食物一般。
每天感觉都那么充实,想想大学里前两年学到的东西还没有那个寒假学到的东西多。
寒假里我们把历届的技术报告都看了看,这期间学到不少东西,尤其是对各类元器件的认识及使用。
真是受益匪浅。
接下来就是一些以前失败的经验,希望能有所参考。
比赛前在不注重实际赛道和自己练习赛道的区别,赛道一变,以前调试的结果都将无效。
所以,谨记一点,一定要吧硬件做好,比赛前一定好好利用好试车时间,多注意自己的赛道和比赛的赛道的区别,注意摩擦程度,光线的亮暗,空气的潮湿程度等。
其次是传感器的____,这次我们选用的是激光做传感器。
这个传感器相比其它传感器有很多优点,比光电的射的远,而且稳定性高,但是激光的很贵,所以提前一定要看好电路图,____一定要够稳固,不然后期传感器坏起来就头疼了。
我们以前有好多关键时刻传感器出问题失败的例子,不胜枚举,经验惨痛。
如果____不好,系统不够稳定,导致在比赛失败,而且平时调试浪费了好多宝贵的调试时间。
这一点,谨记,硬件固定一定要牢固。
其次是装配,各个模块间的连接线固定不牢靠。
使得导线接触不良,导致小车参赛时好几次冲出跑道(其中一个传感器的输入信号接触不良造成的)。
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告学校:队伍名称:参赛队员:带队教师:关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:带队教师签名:日期:摘要随着现代科技的飞速发展,人们对智能化的要求已越来越高,而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业,汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。
同时,汽车生产商推出越来越智能的汽车,来满足各种各样的市场需求。
本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景,主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。
机械硬件方面,采用组委会规定的标准 A 车模,以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心,其他功能模块进行辅助,包括:摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等,来完成智能车的硬件设计。
软件方面,我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程,使用增量式PD 算法控制舵机,使用位置式PID 算法控制电机,从而达到控制小车自主行驶的目的。
另外文章对滤波去噪算法,黑线提取算法,起止线识别等也进行了介绍。
关键字:智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试第一章引言飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商,一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。
飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。
其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。
飞思卡尔公司生产的S12 是一个非常成功的芯片系列,在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文设计的智能车系统以K60微控制器为核心控制单元,基于CCD摄像头的图像采样获取赛道图像信息,提取赛道中心线,计算出小车与黑线间的位置偏差,采用PD方式对舵机转向进行反馈控制。
使用PID控制算法调节驱动电机的转速,结合特定算法分析出前方赛道信息实现对模型车运动速度的闭环控制。
为了提高模型车的速度和稳定性,我们用C++开发了仿真平台、蓝牙串口模块、SD卡模块、键盘液晶模块等调试工具,通过一系列的调试,证明该系统设计方案是确实可行的。
关键词:K60,CCD摄像头,二值化,PID控制,C++仿真,SD卡AbstractIn this paper, we will design a intelligent vehicle system based on MC56F8366 as the micro-controller unit. using the CCD image sensor sampling to the track image information to extract the track line center, to calculate the positional deviation between the car with the black line, the use of PD on the rudder. The machine turned to the feedback control. We use PID control algorithm to adjust the speed of the drive motor, combined with specific algorithms to achieve closed-loop control of the movement speed of the model car in front of the track. In order to improve the speed and stability of the model car, we use the C++ to develop a simulation platform, Bluetooth serial module, SD card module, keyboard, LCD modules, debugging tools. Through a series of debugging, the system design is feasible.Key words: K60,CCD_camera, binaryzation, PID control, C++ simulation, SD card目录第1章引言................................................................................... - 1 - 第2章系统总体设计................................................................ - 2 - 2.1 系统分析..................................................................................... - 2 - 2.2 车模整体布局............................................................................. - 3 - 2.3 本章小结....................................................................................... - 4 - 第3章系统机械设计及实现................................................... - 5 - 3.1 前轮定位的调整......................................................................... - 5 -3.1.1主销内倾..............................................................................- 6 -3.1.2 后倾角.................................................................................- 6 -3.1.3 内倾角.................................................................................- 7 - 3.2 舵机安装....................................................................................... - 8 -3.2.1 左右不对称问题的发现与解决........................................- 10 - 3.3 编码器的安装............................................................................ - 10 - 3.4 摄像头安装.................................................................................- 11 -3.4.1 偏振镜的使用......................................................................- 12 -3.4.2 摄像头的标定......................................................................- 12 - 3.5 摄像头的选用.............................................................................- 13 - 3.6 红外接收装置.............................................................................- 14 -3.7 防止静电复位.............................................................................- 15 - 3.8 本章小结.......................................................................................- 15 - 第4章硬件电路系统设计及实现 ...................................... - 16 -4.1 硬件设计方案............................................................................- 16 - 4.2 电源稳压......................................................................................- 17 - 4.3 电机驱动......................................................................................- 18 - 4.4 图像处理部分............................................................................- 19 -4.4.1 摄像头升压电路.............................................................- 19 -4.4.2 视频分离电路.................................................................- 19 -4.4.3 硬件二值化.....................................................................- 19 - 4.5 灯塔电路......................................................................................- 21 - 4.6 本章小结......................................................................................- 21 -第5章系统软件设计.............................................................. - 22 -5.1 软件流程图...............................................................................- 22 - 5.2 算法新思路...............................................................................- 23 -5.2.1中心线提取.......................................................................- 23 -5.2.2 直角检测........................................................................... - 24 -5.2.3 单线检测......................................................................... - 24 - 5.3 舵机控制.....................................................................................- 25 - 5.4 速度控制.....................................................................................- 26 - 5.5 PID算法....................................................................................- 26 - 5.6 路径优化.....................................................................................- 31 -第6章系统联调...................................................................... - 33 - 6.1 开发工具.................................................................................... - 33 - 6.2 无线调试蓝牙模块及蓝牙上位机..........................................- 33 - 6.3 键盘加液晶调试......................................................................- 34 - 6.4 TF卡调试模块.........................................................................- 34 -6.4.1 TF卡.............................................................................- 34-6.4.2 SDCH卡 .........................................................................- 35 -6.4.3 软件实现.......................................................................- 36 - 6.5 C++上位机设计........................................................................- 36 - 6.6 电源放电模块...........................................................................- 38-6.6.1 镍镉电池记忆效应…………………………………….. - 39-6.6.2 放电及电池性能检测设备…………………………….. - 39- 6.7 本章小结....................................................................................- 40 - 第7章模型车技术参数........................................................ - 41 - 第8章总结............................................................................... - 42 - 参考文献...................................................................................... - 44 -第1章引言在半导体技术日渐发展的今天,电子技术在汽车中的应用越来广泛,汽车智能化已成为行业发展的必然趋势。
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学院:队伍名称:参赛队员:关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第一届“飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:期:引言第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛,正是这种新颖的感觉让我们这个由三个大男生组成的组合选择了它,来参加第六届比赛。
第一章方案设计由此得:B据我们查得,这个组是飞思卡尔比赛新引进的,我们通过上网,看书,查到了一些有用 的信息,经过研究我得到了一些想法和启示。
这个比赛我们想通过如上图所示的设想来制作,具体参数需要经过实践调试来获得,所 以,我们只谈理论和原理。
• 首先考虑,赛道情况,找到赛道中的变量才能让我们可能进行检测和设计。
由于赛道中通的是交变电流,根据大学物理中的知识,我们不难求得直导线的磁场强度 大小和方向。
5旦= ^^(cos6^ - cos6^ ) >对于无限长直电流来说.上式中4=0,% = *,划有B= 虬,4打特别是无限长直导线周围分布着圆形磁感线。
• 再次,我们该考虑如何检测了。
我上网查找获得如下资料,现在有很多测量磁场的 方法,磁场传感器利用了物质与磁场之间的各种物理效应:磁电效应(电磁感应、 磁致电阻效应、霍尔效应)核磁共振应、磁机械效应、超导体与电子自旋量子力学 效应,经过整理获得如下:1)电磁感应磁场测量方法:电磁线磁场传感器,磁通门磁场传感器,磁阻抗磁场 传感器。
2)霍尔效应磁场测量方法:半导体霍尔传感器、磁敏二极管,磁敏三极管。
3) 各仙异性电阻效应(AMR )磁场测量方法。
4) 载流了自旋相互作用磁场测量方法:自旋阀巨磁效应磁敏电阻、自旋阀三极管 碱+ 乙住咸哭 燧昔磁袖出RR 油心碱馈r 出KFI图4:导线周围的感应电磁场m 4:不斐周闱的津应电磁场导线中的电流按一定规律变化时,导线周围的磁场也将发生变化,则线圈中将感应出一定的电动势。
飞思卡尔智能车总结范文先静下心来看几篇技术报告,可以是几个人一起看,边看边讨论,大致了解智能车制作的过程及所要完成的任务。
看完报告之后,对智能车也有了大概的了解,其实总结起来,要完成的任务也很简单,即输入模块-控制-输出。
(1)输入模块。
各种传感器(光电,电磁,摄像头),原理不同,但功能都一样,都是用来采集赛道的信息。
这里面就包含各种传感器的原理,选用,传感器电路的连接,还有传感器的____、传感器的抗干扰等等需要大家去解决的问题。
(2)控制模块。
传感器得到了我们想要的信息,进行相应的ad转换后,就把它输入到单片机中,单片机负责对信息的处理,如除噪,筛选合适的点等等,然后对不同的赛道信息做出相应的控制,这也是智能车制作过程中最为艰难的过程,要想出一个可行而又高效的算法,确实不是一件容易的事。
这里面就涉及到单片机的知识、c语言知识和一定的控制算法,有时为了更直观地动态控制,还得加入串口发送和接收程序等等。
(3)输出模块。
好的算法,只有通过实验证明才能算是真正的好算法。
经过分析控制,单片机做出了相应的判断,就得把控制信号输出给电机(控制速度)和舵机(控制方向),所以就得对电机和舵机模块进行学习和掌握,还有实现精确有效地控制,又得加入闭环控制,pid算法。
明确了任务后,也有了较为清晰的控制思路,接下来就着手弄懂每一个模块。
虽然看似简单,但实现起来非常得不容易,这里面要求掌握电路的知识,基本的机械硬件结构知识和单片机、编程等计算机知识。
最最困难的是,在做的过程中会遇到很多想得到以及想不到的事情发生,一定得细心地发现问题,并想办法解决这些问题。
兴趣是首要的,除此之外,一定要花充足的时间和精力在上面,毕竟,有付出就会有收获,最后要明确分工和规划好进度。
飞思卡尔智能车总结范文(二)飞思卡尔智能车是一种基于飞思卡尔开发的智能车模型,它通过搭载了各种传感器和处理器,可以实现自主感知、决策和行动的能力。
在设计和制造过程中,我们充分发挥了团队的协作能力和创新思维,取得了令人满意的成果。
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校:曲阜师范大学
队伍名称:炫风
参赛队员:孙闯闫涛王珊珊
带队教师:黄金明李坤
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关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:
带队教师签名:
日期:
I。
第六届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛比赛规则与赛场纪律参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件,采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元,自主构思控制方案进行系统设计,包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等,完成智能车工程制作及调试,于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛,在获得决赛资格后,参加全国决赛区的场地比赛。
参赛队伍的名次(成绩)由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主,技术报告、制作工程质量评分为辅来决定。
大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。
车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组;车模通过采集赛道图像(一维、二维)进行进行路经检测的属于摄像头组;车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。
竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分赛区预赛以及全国总决赛,在实际可操作性基础上力求公正与公平。
一、器材限制规定1. 须采用统一指定的车模。
本届比赛指定采用三种车模,分别用于三个赛题组:编号车模外观和规格赛题组供应厂商A型车模车模:G768电机:RS380-ST/3545,舵机:FUTABA3010 光电组东莞市博思电子数码科技有限公司B型车模车模型号电机:540,伺服器:S-A6 光电组北京科宇通博科技有限公司C型车模车模型号:N286电机:RN260-CN 38-18130 伺服器:FUTABA3010 光电组东莞市博思电子数码科技有限公司细节及改动限制见附件一。
2. 须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位处理器作为唯一的微控制器。
有关细节及其它电子器件使用的限制见附件二;3. 三个赛题组所以使用传感器限制:参加电磁赛题组不允许使用光学传感器获得道路的光学信息,但是可以使用光电码盘测量车速;参加光电赛题组不允许使用图像传感器获取道路图像信息进行路径检测;参加摄像头赛题组可以使用光电管作为辅助检测手段;4. 其他事项如果损毁车模中禁止改动的部件,需要使用相同型号的部件替换;对于A型,C型车模(光电组、摄像头组)改装完毕后,尺寸不能超过:250mm 宽和400mm长。
第六届“飞思卡尔”杯全国智能车⼤赛电磁组电源设计参考⽅案第五届全国⼤学⽣智能汽车竞赛20KHz 电源参考设计⽅案(竞赛秘书处技术组版本1.0)第五届全国⼤学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。
根据⽐赛技术要求,电磁组竞赛,需要选⼿设计的智能车能够检测到道路中⼼线下电线中20KHz交表电流产⽣的磁场来导引⼩车沿着道路⾏驶。
在平时调试和⽐赛过程中需要能够满⾜⽐赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中⼼线下的线圈。
本⽂档给出了电源设计参考⽅案,参赛队伍可以根据这些参考设计⽅案⾃⾏设计制作所使⽤电源。
⼀、电源技术指标要求:根据《竞赛⽐赛细则》附件三关于电磁组赛道说明,20KHz电源技术要求如下:1、驱动赛道中⼼线下铺设的0.1-0.3mm直径的漆包线;2、频率范围:20K±2K;3、电流范围:50-150mA;下图是赛道起跑区⽰意图,在中⼼线铺设有漆包线。
图1 竞赛跑道起跑区⽰意图⾸先分析赛道铺设铜线的电抗,从⽽得到电源输出的电压范围。
我们按照普通的练习赛道总长度50,使⽤直径为0.2mm漆包线。
在30摄⽒度下,铜线的电阻率⼤约为 0.0185欧姆平⽅毫⽶/⽶。
计算可以得到中⼼线的电阻⼤约为29.4欧姆。
按照导线电感量计算机公式:42ln0.75()lL l nHd=×?。
其中l, d的单位均为cm。
可以计算出直径为0.2mm,长度50⽶的铜线电感量为131微亨。
对应20KHz下,感抗约为16.5欧姆。
可以看出,线圈的电感量⼩于其电阻值。
由于导线的电感量与铺设的形状有关系,上述计算所得到的电感量不是准确数值。
另外,我们可以在输出时串接电容来抵消电感的感抗。
所以估算电源电压输出范围的时候,我们不再特别考虑线圈的电感对于电流的影响。
为了⽅便设计,我们设计电源输出电压波形为对称⽅波。
由于线圈电感的影响,线圈中的电流为上升、下降沿缓变的⽅波波形。
如下图所⽰图2 线圈驱动电压与电流⽰意图对于电阻为29.4欧姆的赛道导线,流过100mA的电流,电压峰值应该⼤于3V。
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校:哈尔滨华德学院队伍名称:华德远望参赛队员:杨保顺孙威丁瑞带队教师:王振力刘洋关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:带队教师签名:日期:摘要本文详细介绍了我们为第六届全国智能车大赛而准备的智能车系统方案。
该系统以 Freescale16 位单片机 MC9S12XS128MAA 作为系统控制处理器,采用基于的摄像头的图像采样模块获取赛道图像信息,通过软件算法提取赛道黑线,识别当前所处赛道,算出小车与黑线间的位置偏差,采用 PID 方式对舵机转向进行控制。
通过光电编码器实时获取小车速度,形成速度闭环控制。
调试过程中应用CodeWarrior IDE软件观察返回值。
小车还将通过算法分析出前方的路况,并根据路况的不同而为小车分配以不同的速度。
文中将介绍赛车机械结构和调整方法,赛车转向模块和驱动模块的设计、参数和有关测试,图像采样模块的摄像头工作机制以及安装选型、采样电路设计和采样策略。
我们将说明本系统的舵机转向策略、速度闭环控制与速度分配策略。
除智能车系统本身的介绍外,我们还将详细叙述该系统开发过程中所用到的开发工具、软件以及各种调试、测试手段方法。
关键词:智能车系统图像采样控制策略(识别和变参数控制) 调试测试Freescale16 位单片机目录摘要…………………………………………………………………………………III第一章引言 (1)1.1 智能车竞赛的意义 (1)1.2 智能车竞赛规则 (1)1.3 系统总体方案的设计 (3)第二章车模机械结构的改进 (5)2.1 舵机的安装 (5)2.2 测速编码器的安装 (6)2.3 CCD摄像头的安装 (7)2.4 车轮定位 (8)2.4.1 主销后倾角 (8)2.4.2 主销内倾角 (8)2.4.3 前轮外倾角 (9)2.4.4 前轮前束 (9)第三章智能汽车整体设计 (11)3.1 路径识别的方案设计论证 (11)3.1.1 摄像头选择 (11)3.1.2 图像采集方案 (11)3.2 XS128最小系统 (13)3.3 小车主板设计 (13)3.4 系统硬件结构设计 (15)3.5 模型车技术参数统计 (16)3.6 模型车外形照片 (17)3.7 车模制作特色简介 (17)第四章智能汽车的软件设计 (19)4.1 软件系统概述 (19)4.2 PID算法介绍 (200)4.3 图像采集模块 (211)4.4 黑线提取算法 (233)4.5 舵机控制模块 (244)4.6 速度控制策略 (244)4.7 起跑线检测 (244)第五章智能车开发平台和调试技术 (277)5.1 CodeWarrior简介 (277)5.2 软件开发平台 (288)5.3 软件调试平台CodeWarrior (31)第六章结论 (35)6.1 参赛心得 (35)6.2 智能车的不足以及改进 (35)参考文献…………………………………………………………………………… I 致谢…………………………………………………………………………………II 附录A:模型车程序源代码………………………………………………………III第一章引言智能车系统涵盖了机械、电子、电气、传感、计算机、自动化控制等多方面知识,一定程度上反映了高校学生科研水平。
本章节详细阐述了智能车系统的研究背景和本智能小车的系统总体概况。
1.1 智能车竞赛的意义全国大学生智能车大赛和其他竞赛一样,为了培养大学生实践创新能力和团队精神而开展的。
该项赛事与全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛齐名,被认定为国家教育部正式承认的第五个大学生竞赛项目。
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兴趣和潜能,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。
该竞赛以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为指导思想,是以智能汽车为竞赛平台的多学科专业交叉的创意性科技竞赛,是面向全国大学生的一种具有探索性的工程实践活动,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科知识,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兴趣和潜能,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[2]。
1.2 智能车竞赛规则参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件,采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元,自主构思控制方案进行系统设计,包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等,完成智能车工程制作及调试,于指定日期与地点参加各分赛区的场地第六届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告比赛,在获得决赛资格后,参加全国总决赛的场地比赛。
智能车竞赛有着严格的器材限制规定:1.须采用统一指定的车模,即B型车模,如图1.4所示,由北京科宇通博科技有限公司提供;图1. 1 C型车模2. 须采用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位处理器(单核)作为唯一的微控制器;3. 可以使用光电管作为辅助检测手段;4. 如果损毁车模中禁止改动的部件,需要使用相同型号的部件替换;5. 车模改装完毕后,尺寸不能超过:250mm 宽和 400mm长[5]。
关于赛场的规定:1. 赛道基本参数(不包括拐弯点数、位置以及整体布局)如下:赛道路面用专用白色基板制作,在预赛阶段时,跑道所占面积在5m×7m 左右,决赛阶段时跑道面积可以增大;第一章引言●赛道宽度不小于50cm;●跑道表面为白色,中心有连续黑线作为引导线,黑线宽 25mm。
铺设赛道地板颜色不作要求,它和赛道之间可以但不一定有颜色差别;●跑道最小曲率半径不小于50cm;●跑道可以交叉,交叉角为90°;●赛道直线部分可以有坡度在15°之内的坡面道路,包括上坡与下坡道路;●赛道有一个长为 1m的出发区,计时起始点两边分别有一个长度 10cm黑色计时起始线,赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。
2. 比赛赛道实际布局将在比赛当日揭示,在赛场内将安排采用制作实际赛道的材料所做的测试赛道供参赛队进行现场调试[5]。
此外,还有电路器件及控制驱动电路限制:1). 车模控制电路须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位MCU作为唯一的微控制器。
对于摄像头组16位MCU只能采用9S12XS128 80脚QFP封装也可以选用16位DSC或8位MCU,8位MCU可以使用2片)。
2). 除了上述规定的微控制器外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件;3). 伺服电机数量不超过3个;4). 传感器数量不超过16个:CCD 传感器计为 1 个传感器;5). 直流电源使用大赛指定的电池;6). 禁止使用DC-DC升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力;7). 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[5]。
1.3 系统总体方案的设计根据竞赛章程规定,使用飞思卡尔公司的MC9S12XS128单片机为核心控制器,使用CCD摄像头拍摄赛道图像,来获得赛车前方赛道的道路信息,经过单片第六届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告机处理后,来控制车体的移动方向,同时根据光电编码器的测速信号来计算当前赛车的速度,并根据前方赛道信息,进行加减速控制。
本着稳定、简单、高效的设计原则,在将近半年的时间里,我们将小车不断改进,有以下几个特点:机械方面:竖直安装舵机,提高转向反应速度;采用单杆支架,并降低摄像头位置,降低重心。
硬件方面:保证稳定性前提下,尽量减小电路板面积;采用广角摄像头,保证各种S 弯都能提取到完整的黑线。
第二章车模机械结构的改进软件方面:采用动态阈值和边沿检测法提取黑线,保证黑线稳定性;只采用简单的PID控制策略,并且基本上不对路型作判断,提高赛车对赛道适应性。
车模的机械部分是整辆小车的基础,它代表着硬件架构的稳定性,影响小车行驶的性能,其重要性为小车的所有方面之最。
一旦对其进行改动将会影响以后的设计,所以一开始一个良好的机械架构将会节省很多不必要的麻烦。
因此,车模的机械性能是我们最优先所考虑的问题。
2.1 舵机的安装车模默认的舵机安装位置是横放,转动时出现较多的空位、传动摩擦较大、反应不够灵敏。
鉴于此,我们结合上几届的经验,在大赛规则范围内,把舵机位置及其传动部分做了改动。
把舵机竖起来放在了车的前方,将舵机头朝后,安装在前悬挂中间。
这样的安装方法结构比较紧凑,转动时空位较小。
并且我们使用左右等长的转向摇臂,加强其转向能力,提高了舵机的反应速度。
具体如图2.1所示。
第六届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告图2.1 舵机的安装2.2 测速编码器的安装这次的C型车模有两个电机,所以难点是编码器安装。
我们所用的光电编码器体积较大,更是增加了安装的难度。
经过多次的尝试后,在实际使用中选定了最终的安装方案,如图2.2所示。
由于光电编码器的测量齿轮和电机的传动齿轮啮合,这样实际上测量的是电机的转速,它们之间存在一定的误差,但误差较少,对控制算法的影响不大。
第二章车模机械结构的改进图2.2 编码器的安装2.3 CCD摄像头的安装为了降低整车重心,需要严格控制CCD摄像头的安装位置和重量,我们采用了碳纤维管作为安装CCD的主桅,这样可以获得最大的刚度质量比,整套装置具有很高的定位精度和刚度,使摄像头便于拆卸和维修,具有赛场快速保障能力。
由于车模的后部要安装电池,考虑到车的整体重量分布和重心的问题我们把摄像头安装在了小车的前部,重量分布均匀小车在弯道转向时更容易转弯,摄像头的安装如图2.3所示。
第六届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告图2.3 摄像头安装2.4 车轮定位关于车轮定位,其主要定位参数包括:主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。
本次比赛中的所使用的车模的这四个参数均可调整。
各定位参数的作用如下:2.4.1 主销后倾角汽车在车轮偏转后,会产生一回正力矩,纠正车轮的偏转。
欲使车模转向灵活,主销后倾角可设定为0°。
同时过大的主销后倾角会使转向沉重,由于车模舵机性能偏软,主销后倾角会对转向性能带来不利的影响,但合理后倾会增加知道性能。