智能车方案

[键入文字][键入文字]1,电源设计方案电源模块为系统其他各个模块提供所需要的电源。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。全部硬件电路的电源由配发的标准车模用7.2V2000mAhNi-cd蓄电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。主要包括以下不同的电压。5V电压。主要为单片机系统、信号调理电路以及部分接口电路提供电源，电压要求稳定、噪声小，电流容量大于500mA。12V电压。主要为CCD图像传感器提供12V的工作电源。7.2V电压。这部分直接取自蓄电池两端电压，主要为舵机、后轮电机驱动模块和部分接口电路提供电源。除了7.2V电压可以直接由蓄电池获得，5V电压需要通过降压稳压电路获得，12V电压通过升压稳压电路获得。电机驱动电路的电源可以直接使用蓄电池两端电压。模型车在启动过程中往往会产生很大的冲击电流，一方面会对其他电路造成电磁干扰；另一方面由于电池内阻造成电池两端的电压下降，甚至会低于稳压电路所需要的最低电压值，产生单片机复位现像。为了克服启动冲击电流的影响，可以在电源中增加容值较大的电解电容，也可以采用缓启动的方式控制电机。在启动时，驱动电路输出电压有一个渐变过程，使得电机启动速度略为降低从而减小启动冲击电流的幅度。1.1降压稳压电路设计我们采用的降压稳压芯片是LM1117-5.0[9]。LM1117–5.0是一种低压差的线性稳压器件，最大输出电流为1A，足够提供系统中5V器件所需功率。另外，其输出电压波动范围仅为±0.1V，精度较高，经实验证明，能够满足本智能车[键入文字][键入文字]系统中各项要求。典型电路如图3.1所示。我们最终应用的降压稳压电路就是在图3.1的基础上在输出端加一个1000μF的滤波电容即可。LM1117典型电路图1.2升压稳压电路设计主要的升压芯片有MC34063A/E，MAX734，MAX632。在去年的比赛中，使用MAX734，MAX632芯片作为升压器件的参赛队伍很少。而MC34063A/E芯片的使用却很多。并且我在很多参考数目上都看到了使用MC34063A/E芯片作为升压电路的实例，所以我决定采用它作为升压器件。MC34063是开关稳压芯片，可构成升压、降压斩波电路。输出开关电流大于1.5A。2.5mA的低静态电流。典型电路如图3.2所示[10]。若将MC34063应用到本升压电路，使输入VIN为7.2V，输出为12V，则应将电路更改为图3.3所示。实验表明，这个电路能很好的实现12V升压的功能，满足本智能车硬件电路的需要。虽然有一定的发热，但是完全不影响各部分工作。[键入文字][键入文字]1.3电源模块小结综上，可以得到电源模块星型电路结构图3.4：7.2V蓄电池7.2V蓄电池LM11175VMC3406312V单片机系统光栅编码器CCD传感器电机舵机[键入文字]电源模块框图2,传感器的安装方案选择可以方便调节高度的传感器支架对于调试和使用摄像头来说十分必要。安装摄像头除了提供必须的支撑、调节到合适的高度以外，还应该考虑以下对整车性能会带来影响的因素：整车重心位置不宜偏高；不宜过分增加整车重量；按照以上的要求，我们选用照相机三脚架的支撑腿作为安装摄像头的支架。这种材料结实、轻便，结构可以随意伸缩。便于调试。3,整车设计方案智能车竞赛所使用的车模是一款带有差速器的后轮驱动模型赛车，由大赛组委会统一提供。通过设计基于Freescale公司开发的MC9S12DG128单片机的自动控制器控制模型车在封闭的跑道上自主循线运行。自动控制器是以单片机MC9S12DG128[12]为核心，配合有传感器，电机，舵机，电池及相应的驱动电路，它能够自主识别路径，控制模型车高速稳定运行在跑道上。设计自动控制器是制作智能车的核心环节。在严格遵守规则中对于电路限制条件，保证智能车可靠运行前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减轻系统负载，提高智能车的灵活性。作为能够自动识别道路运行的智能汽车，车模与控制器可以看成一个自动控制系统。它可以分为传感器，信息处理，控制算法及执行机构四个部分。其中，以单片机为核心，配有传感器，执行机构以及它们的驱动电路构成了控制系统的硬件。信息处理与控制算法由运行在单片机中的控制软件完成。因此自主控制器设计可以分为硬件电路设计和控制软件两部分。系统基本控制过程如图2.1所示。[键入文字]系统基本控制流程程速度信息路况信息速度控制角度控制信息处理提取[键入文字]2.2系统硬件结构设计本设计中系统的硬件结构大致可以分为10个模块，如图2.2所示：智能车硬件系统结构1.处理器模块本设计的核心器件。统一采用Freescale公司的MC9S12DG128单片机。2.图像采集模块(主要是CCD摄像头)采进来的视频信号经过A/D转换成单片机可以识别的信息，为后来的控制程序做准备。3.PC串行通讯接口主要是为了中后期的调试方便而提出来的。主要是为了方便计算机与单片机数据的交流，从而能准确地掌握程序的运行状况，为算法的改进提供科学依据。4.电机驱动模块可以直接利用大赛组委会所提供的MC33886电机驱动芯片，也可以自行设计一个大功率电机驱动电路实现相应的驱动。在设计中就直接利用了Freescale公司开发的MC3386芯片来驱动电机。5.舵机驱动模块原则上舵机还需要一个降压稳压电路，不过为提高舵机的灵敏性，基于实验分析，直接用[键入文字]电源来为舵机供电。6.传感器模块传感器模块可以分为两部分：速度传感器和角度传感器。主要目的是为了让系统形成闭环，更易调控。具体地，速度传感器选用了CS3020(霍尔传感器)。而至于角度传感器，并没有像速度传感器那样用一个专门的器件而是用CCD结合程序来实现的。7.电压检测模块随着电量的消耗，电池电压一直在下降，这将会直接影响到各部分控制量的变化，因此电压的检测也是必要的。8.LCD调试模块实时直观的显示路面信息。9.键盘输入模块为脱机调整参数而设计。通过键盘输入，可以方便地改变一些参数，比如电机转速，舵机转动的幅度等。10.车模由大赛组委会统一提供。系统软件结构设计系统硬件相当于赛车的骨架和躯体，而软件算法就是它的思想。赛车若想达到理想的成绩须有一个完善周密的思想来支配其载体，故软件系统对赛车来说至关重要。首先，赛车系统通过图像采样模块获取前方赛道的图像数据，同时通过速度传感器模块实时获取赛车的速度。然后S12利用边缘检测方法从图像数据中提取赛道黑线，求得赛车与黑线位置的偏差，接着采用PID方法对舵机进行反馈控制。最终赛车根据检测到的速度，结合速度控制策略，对赛车速度不断进行恰当的控制调整，使赛车在符合比赛规则情况下沿赛道快速前进。设计赛车系统的软件结构如图2.3所示。[键入文字]智能车软件流程图只有将上述硬件、软件部分进行有效的融合，进行充分的实验、测试和标定工作，才能使赛车具有一个相对良好的整体驾驶性能。这也就是在接下来的各个分模块中需要做的工作。2.2模型车的技术参数根据系统硬件结构设计思想，同时结合现场测试实验，最终确定了赛车的摄像头安装方式、高度和位置；对赛车的总重量进行了一定的优化；参照各个功能模块的硬件功能需求，选定了各元器件的类型和数量如表2.1。[键入文字]表2.1车模总体重量1600g长283mm宽164mm高384mm电路功耗0.84.*8.14=6.82W电容总容量1799．901F传感器个数及种类CCD1个霍尔CS30201个除了车模原有的驱动电机、舵机之外伺服电机个数0个赛道信息检测精度0.45m/33检测频率50HZ