基于虛擬儀器技術(shù)的智能車仿真系統(tǒng)課件

1、賽車的意義汽車及車模簡介電池使用方法賽道及比賽規(guī)則研究項(xiàng)目介紹關(guān)于電機(jī)驅(qū)動關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動關(guān)于賽道檢測方式最佳路線問題飛斯卡爾單片機(jī)介紹軟硬件設(shè)計注意事項(xiàng)工程化方法與團(tuán)隊精神答疑時間賽車的意義賽車的意義 該競賽與教育部已舉辦的數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計4大專業(yè)競賽不同，是以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽。 引導(dǎo)和激勵學(xué)生實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新、多出成果、提高素質(zhì)，發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在學(xué)術(shù)科技上有作為、有潛力的優(yōu)秀人才。賽車的意義 該競賽與教育部已舉辦的數(shù)學(xué)建汽車及車模簡介二通道遙控賽車車模車模調(diào)校的主要

2、參數(shù) 后傾角 外傾角 前束 減震彈簧預(yù)緊力汽車及車模簡介二通道遙控賽車車模車模調(diào)校的主要參數(shù)電池使用方法參數(shù)：電壓：1.26=7.2 v容量：2000mAh放電曲線（在3A的大電流放電條件下得到的結(jié)果）電池使用方法參數(shù)：電壓：1.26=7.2 v放電曲線（在3電池使用方法正確充電：推薦使用比賽選配的充電器。該充電器是為玩具電池設(shè)計的廉價的充電器，內(nèi)部沒有智能充電控制電路，只能采用恒功率充電模式，最大充電電流為700mA，平均充電電流300mA，涓流充電電流小于100mA，充電時間約為10小時。電池使用方法正確充電：推薦使用比賽選配的充電器。該充電器是為電池使用方法正確放電：由于鎳鎘電池具有記憶

3、效應(yīng)，對電池的不完全放電將會人為的降低電池的電容量；從放電曲線可以看出，隨著電池電量的減少，其電壓也會逐漸降低，當(dāng)電壓降低到某個閾值后繼續(xù)放電，電池電壓將很快的跌落。這個閾值就是電池的放電下限電壓。廠家給出了放電下限電壓為6V。因此，在使用時，建議在動力車的電源設(shè)計中加入電池保護(hù)電路，當(dāng)電池電壓低于6V時切斷電路，用來保護(hù)電池。如果沒有保護(hù)電路，要注意，電池接通時人不要離開。因?yàn)楫?dāng)電池電壓降到接近6V時，電池已經(jīng)給不出多少電流，已經(jīng)沒有能力驅(qū)動電機(jī)了，此時一定要及時斷開電路，到了給電池充電的時候了。電池使用方法正確放電：由于鎳鎘電池具有記憶效應(yīng)，對電池的不完賽道及比賽規(guī)則賽道材料： KT板、高

4、密度、白色、0.5厘米厚。中心黑線： 為黑色即時貼經(jīng)過裁減而成。7Of63賽道及比賽規(guī)則賽道材料： KT板、高密度、白色、0.5厘米厚賽道及比賽規(guī)則詳細(xì)參考資料第二屆智能車競賽專網(wǎng) 聯(lián)合大學(xué)團(tuán)委網(wǎng)站書籍作 者：卓晴 等編 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 定 價：36.50元用指定車模沿黑線跑兩圈取單圈最快者為勝。賽道及比賽規(guī)則詳細(xì)參考資料用指定車模沿黑線跑兩圈取單圈最快者研究項(xiàng)目介紹汽車動態(tài)分析車速控制系統(tǒng)方向控制系統(tǒng)賽道檢測系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)策略規(guī)劃系統(tǒng)行為決策系統(tǒng)路況記憶系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究項(xiàng)目介紹汽車動態(tài)分析模型車電機(jī)特性電機(jī)特性和MC33886芯片

5、模型車電機(jī)特性電機(jī)特性和MC33886芯片一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH一、電機(jī)特性RS-380SH二、MC33886芯片特性：工作電壓：5-40V導(dǎo)通電阻： 120毫歐姆輸入信號：TTL/CMOSPWM頻率： 10KHz短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等；二、MC33886芯片特性：二、MC33886芯片二、MC33886芯片二、MC33886芯片二、MC33886芯片二、MC33886芯片應(yīng)用說明：多個MC33886并聯(lián)使用；二、

6、MC33886芯片應(yīng)用說明：二、MC33886芯片應(yīng)用說明：使用半橋：由于賽車過程中不時用倒車，所以可以只使用其中的半橋；并且將兩個半橋并聯(lián)，擴(kuò)大芯片的驅(qū)動能力；使用其中的一個半橋驅(qū)動電機(jī)；使用另外一個半橋作為12V升壓電路為CCD提供工作電源；二、MC33886芯片應(yīng)用說明：二、MC33886芯片使用說明：規(guī)則中的電容限制全部電容容量和不得超過2000微法；電容最高充電電壓不得超過25伏。電機(jī)加速與減速限制，避免對于工作電源的影響；二、MC33886芯片使用說明：二、MC33886芯片使用說明：PWM頻率限制： 10KHz二、MC33886芯片使用說明：二、MC33886芯片使用說明：PWM

7、頻率限制： 10KHz二、MC33886芯片使用說明：二、MC33886芯片使用說明：PWM頻率限制： 10KHz二、MC33886芯片使用說明：關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)舵盤、齒輪組、位置反饋電位計、直流電機(jī)、控制電路板等。工作原理脈寬信號給定參考位置，舵機(jī)內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。舵盤角位由PWM控制信號的脈寬決定。關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)基本參數(shù)型 號： S3010 電 壓： 4.0 6.0 V角度控制： 1/ 400us工作速度： 0.16 + 0.02 堵轉(zhuǎn)力矩： 6.5 + 1.3 Kg.cm關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)基本參數(shù)關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)控制方法三線連接方式紅線：電

8、源線+6V藍(lán)線：地線黑線：PWM控制信號關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)控制方法三線連接方式使用S12 PWM輸出控制舵機(jī)舵機(jī)簡介S12 PWM控制舵機(jī)使用S12 PWM輸出控制舵機(jī)舵機(jī)簡介一、舵機(jī)簡介舵機(jī)功能舵機(jī)結(jié)構(gòu)舵機(jī)的基本參數(shù)舵機(jī)控制方法一、舵機(jī)簡介舵機(jī)功能舵機(jī)的功能舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動中；發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量；副翼舵面；水平尾翼舵面；垂直尾翼舵面；賽車中控制前輪轉(zhuǎn)向；舵機(jī)的功能舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動中；舵機(jī)的結(jié)構(gòu)舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k，直流電機(jī)、控制電路板等；工作原理：控制信號控制電路板電極轉(zhuǎn)動 齒輪組減速 舵盤轉(zhuǎn)動 位置反饋電位計控制電路板反饋； 控制量 舵盤角度舵機(jī)的結(jié)構(gòu)舵盤、減速齒輪組、

9、位置反饋電位計5k，直流電機(jī)、舵機(jī)的基本參數(shù): HS-925尺寸：39.4*37.8*27.8重量：56g工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.8sec/60(6.0V)堵轉(zhuǎn)力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)工作角度： 45度/400us舵機(jī)的基本參數(shù): HS-925尺寸：39.4*37.8*27舵機(jī)的連接方法三線連接方法： 黑線：底線； 紅線：電源線；兩種標(biāo)準(zhǔn)：4.8V, 6V; 藍(lán)線（黃線）：控制信號線； 顏色區(qū)分電源線和底線；舵機(jī)的連接方法三線連接方法：標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動模型標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動模型實(shí)測波形（0度）實(shí)測波形（0度）實(shí)測波形（15度）舵機(jī)的控制方法實(shí)測

10、波形（15度）舵機(jī)的控制方法實(shí)測波形（30度）實(shí)測波形（30度）實(shí)測波形（-15度）舵機(jī)的控制方法實(shí)測波形（-15度）舵機(jī)的控制方法實(shí)測波形（-30度）實(shí)測波形（-30度）轉(zhuǎn)角與脈寬舵機(jī)的控制方法轉(zhuǎn)角與脈寬舵機(jī)的控制方法脈寬與轉(zhuǎn)角脈寬與轉(zhuǎn)角信號產(chǎn)生方式軟件計數(shù)方式；定時器中斷方式；PWM硬件產(chǎn)生方式；等；信號產(chǎn)生方式軟件計數(shù)方式；S12 PWM控制舵機(jī)S12 PWM控制器；具有8路PWM輸出端口；具有獨(dú)立的8路8bitPWM輸出，或者4路16bitPWM輸出；具有A,B,SA,SB時鐘源；S12 PWM控制舵機(jī)S12 PWM控制器；S12PWM發(fā)生器S12PWM發(fā)生器S12 PWM控制舵機(jī)舉例

11、 使用PWM4,5合成16bitPWM輸出； PWM4 控制信號； PWMCTL_CON45 = 0 x1; PWMPER4,5 = 60000; 50Hz PWMDTY4,5 = 1500*3; 1500us BUS osc = 24MHzS12 PWM控制舵機(jī)舉例S12 PWM控制舵機(jī)規(guī)則限制：伺服電機(jī)個數(shù)不超過3個；不可以通過提高工作電壓提升舵機(jī)的性能；不可以更換舵機(jī)；S12 PWM控制舵機(jī)規(guī)則限制：S12 PWM控制舵機(jī)控制說明脈寬范圍：對應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，一方面舵機(jī)的極限位置；另一方面考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限?？梢酝ㄟ^測試得到大約40 度左右；PWM周期： 可選擇 50 200HzS12

12、PWM控制舵機(jī)控制說明S12 PWM控制舵機(jī)控制說明： 舵機(jī)的響應(yīng)時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機(jī)械方式，利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進(jìn)行放大，加快舵機(jī)響應(yīng)速度；S12 PWM控制舵機(jī)控制說明：關(guān)于賽道檢測方式賽道路徑幾何特點(diǎn) 由直線和圓弧組成；賽道路徑檢測內(nèi)容 確定路徑中心位置； 確定路徑方向； 確定路徑曲率； 需要在賽道垂直方向上 35點(diǎn)便可確定道路參數(shù)；賽道路徑檢測方法關(guān)于賽道檢測方式賽道路徑幾何特點(diǎn)韓國賽道圖韓國賽道圖賽道路徑檢測方法光電管陣列；CCD: 線陣CCD; 面陣CCD; （黑白）激光掃描器；電磁感應(yīng)；超聲檢測等賽道路徑檢測方法光

13、電管陣列；基于光電管賽道參數(shù)檢測方法光電管陣列優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡單、響應(yīng)快速等；缺點(diǎn)：空間分辨率低；水平分辨率: 16 pixel /線；（可以采用細(xì)分的方法進(jìn)行優(yōu)化）；受到大賽規(guī)則傳感器個數(shù)限制；垂直分辨率：只能檢測一點(diǎn)位置；占用端口資源多；安裝固定、接線較困難；容易受到外界環(huán)境影響；基于光電管賽道參數(shù)檢測方法光電管陣列優(yōu)缺點(diǎn)：基于面陣賽道參數(shù)檢測方法使用面陣檢測路徑參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：分辨率高：識別路徑參數(shù)多：中心位置、方向、曲率；占用端口資源少：轉(zhuǎn)換；一路中斷輸入；一路口輸入；通過算法減少外部環(huán)境影響；基于面陣賽道參數(shù)檢測方法使用面陣檢測路徑參數(shù)的優(yōu)基于CCD路徑檢測方法難點(diǎn)及解決方法12of18

14、采集速率；圖像的分辨率 : 水平高，垂直低；存儲空間；DG128 8KRAM處理速度；圖像采集，處理，控制等等；電源電壓；12V工作電源基于CCD路徑檢測方法難點(diǎn)及解決方法12采集速率；用S12采集圖像采集速率：S12 AD 轉(zhuǎn)換速率10bit : 7us視頻信號一行時間：64us;(有效圖像時間56)一行有效采集像素： 300線/幀用S12采集圖像采集速率：矛盾采集速率 路徑檢測需要圖像特點(diǎn)： 水平分辨率: 高； 垂直分辨率：低；3-5點(diǎn)矛盾：如何解決？矛盾采集速率解決采集速率- 解決方法 攝像頭水平旋轉(zhuǎn)90度； 水平分辨率 垂直分辨率解決采集速率- 解決方法附加手段采集速率- 解決方法 采

15、用CPU 內(nèi)部總線超頻； 48規(guī)則沒有限制CPU超頻附加手段采集速率- 解決方法規(guī)則沒有限制初步計算采集速率- 解決方法 * 攝像頭旋轉(zhuǎn)90度； * CPU超頻； 可以得到 300 48 分辨率圖像；可以滿足道路檢測需要； 實(shí)際需要可以使用降低的圖像分辨率： 72 24 即可； 初步計算采集速率- 解決方法資源需求存儲空間必須存儲正幅圖像；這是由于將垂直分辨率轉(zhuǎn)換為水平分辨率的原因；存儲空間： 每個像素存儲1字節(jié)； 72 * 24 圖像需要 1728字節(jié)； DG128 RAM空間為8K字節(jié)；可以滿足存儲需要。 同時還可以開辟雙圖像存儲區(qū)，采集、處理同時進(jìn)行； 資源需求存儲空間占用資源分析處理速

16、度： 采集時間： 圖像采集采用終端采集的方式；節(jié)省CPU處理事件； 72 * 24 分辨率下：只對于其中的1/4行進(jìn)行圖像采集。CPU花費(fèi)在圖像采集上的時間少于 總時間1/4。其余的時間用于圖像處理、控制等運(yùn)算； 占用資源分析處理速度：圖像處理處理速度 優(yōu)化圖像路徑參數(shù)檢測算法，算法時間小于 20ms。 圖像：黑白色，檢測中心算法簡單； 可以適當(dāng)增加些動態(tài)亮度補(bǔ)償算法；滿足路徑參數(shù)檢測速度要求； 圖像處理處理速度工作電源CCD工作電源 12V; 使用PWM 斬波升壓電路得到12V電源；這不違反比賽規(guī)則； 禁止使用DC-DC升壓電路為驅(qū)動電機(jī) 以及舵機(jī)提供動力； 工作電源CCD工作電源 12V;

17、 實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)框圖實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)框圖連接CPUCPU最小系統(tǒng)連接CPUCPU最小系統(tǒng)連接CPU實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 CPU最小系統(tǒng)PAD02 視頻信號IRQ 視頻行同步信號PM1 奇偶場信號PWM2 12V 斬波升壓開關(guān)信號；PWM0,1 電極控制PWM信號；PWM4 舵機(jī)控制信號；PAD0,1 電池電壓，12V電壓監(jiān)測；連接CPU實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果 CPU最小系統(tǒng)視頻匹配電路視頻信號同部分離電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果注意：視頻信號不經(jīng)過直流隔離進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器；視頻匹配電路視頻信號同部分離電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果注意：視頻升壓供電電路12V 斬波升壓電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果升壓供電電路

18、12V 斬波升壓電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果電源電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果電源電路實(shí)現(xiàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)版試驗(yàn)版試驗(yàn)車試驗(yàn)車?yán)龍D112of18例圖112例圖2例圖2例圖3例圖3例圖4例圖4例圖5例圖5用攝像頭的缺點(diǎn)CCD相對昂貴；占用RAM比較多；道路檢測速率受到限制； 50Hz檢測有一定的延時（1/50）秒；附注電路較多：12V, LM1881等；用攝像頭的缺點(diǎn)CCD相對昂貴；后續(xù)問題開發(fā)有效路徑參數(shù)算法；攝像頭安裝與固定，為之比較的高；攝像頭鏡頭設(shè)計；混合檢測方法：光電管+ CCD; 多個CCD;后續(xù)問題開發(fā)有效路徑參數(shù)算法；賽道檢測小結(jié)方法核心內(nèi)容攝像頭旋轉(zhuǎn)90度。水平分辨率垂直分辨率；適當(dāng)CPU 超頻；有效路徑檢測算法；該方法也可以在一些粗分辨率視頻監(jiān)視中進(jìn)行應(yīng)用；賽道檢測小結(jié)方法核心內(nèi)容最佳路線問題最