直立式光电智能车的设计与实现论文

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1、直立式光电智能车的设计与实现毕业论文目录第1章引言11.1智能车大赛概况11.2光电组智能车11.2.1光电组智能车的路径检测原理11.2.2光电平衡组智能车的优缺点11.3系统整体构想2第2章系统硬件电路设计32.1硬件电路整体架构设计32.2系统主板电路设计[]32.3系统电源电路设计42.4电机驱动电路设计42.5线性CCD原理介绍52.6蜂鸣器电路设计62.7电源地的划分62.8硬件电路部分总结7第3章车模机械布局架构与结构调整83.1机械部分总体概述83.2线性CCD布局与安装83.3电池、电路板等部分的固定93.43D模型设计103.5角度传感器

2、安装11第4章软件系统设计124.1开发工具124.2软件控制的总体思路124.3主程序设计134.3.1主程序结构154.4上位机设计164.4.1串口调试工具164.4.2上位机164.5角度控制174.5.1互补滤波174.5.2角度闭环控制194.6速度控制194.7方向控制204.7.1图像二值化204.7.2图像滤波214.7.3赛道元素识别224.7.4电机差动控制264.8软件部分总结272第5章智能车调试实验285.1硬件部分调试285.1.1电源模块调试285.1.2电机驱动模块调试285.2软件部分调试285.2.1静态参数调试285.

3、2.2动态参数调试295.3小结30第6章总结与展望316.1总结316.2展望31致谢32参考文献332第1章引言第1章引言1.1智能车大赛概况全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，目前在国内已经发展到第十届。随着前九届大赛的成功举办，也陆续培养出一大批工程开发人才。竞赛秘书处每次大约在第一年的11月份左右提出比赛规则，分区赛比赛在第二年的7月份左右。在分区赛当中成绩优秀的队伍可以获得8月份总决赛的参赛资格。参赛选手需要历经超过半年的调试才能完成一辆优秀的模型车，极大地锻炼了选手的耐心。参加智能汽车竞赛的参赛选手，须使用竞赛秘书处指定的车模，使用

4、飞思卡尔半导体公司的微处理器作为核心处理器控制器，参赛选手需要在车模上增加传感器来识别路径，设计电机驱动电路，编写调试下位机与上位机软件，最终实现一个可以运行的汽车模型，完成时间最短者为优胜。该竞赛的涉及内容广泛，涵盖了模式识别、控制、机械等学科的知识，增强了学生的动手能力和团队协作意识。1.2光电组智能车1.2.1光电组智能车的路径检测原理光电智能车是基于光的漫反射原理来检测路径的。光线照到白色赛道反射回来的光线强，而黑色赛道反射回来的光线弱（如图1-1所示），通过反射回来的光线强弱来识别赛道情况。(a)(b)图1-1光线射到不同背景的反射情况(a)光线射

5、到黑色背景情况；(b)光线射到白色背景情况1.2.2光电平衡组智能车的优缺点光电平衡组智能车优点：生产成本较低、电路简单、信号处理速度快、响应快速、功耗较低等。光电平衡组智能车缺点：33第1章引言前瞻容易受到车模角度变化影响，在车模高速运行时表现明显；车模两轮直立行走，速度控制建立在车模直立基础上，速度控制周期相对较长，响应缓慢；车模中心较高，高速过弯时容易翻车；得到的图像只是一条直线上的信息，空间分辨率低，数据量少；加速度计和陀螺仪噪声对角度滤波算法容易产生影响。1.3系统整体构想模型车以加速度计和陀螺仪作为角度融合传感器，以6ms为周期控制车模直立，以两

6、个高精度编码器作为测速传感器，以60ms为周期控制车模速度，以线性CCD作为道路信息传感器，以12ms为周期获取、处理赛道信息并控制左右电机差速，在保持车模直立以及速度稳定的基础上进行转向控制，以使平衡车始终行驶在赛道中央。单片机综合考虑各种赛道信息，进行小车实际位置的计算。在单片机软件的编写上，需要使平衡车在赛道上运行时尽可能保持车模角度稳定，速度稳定。对角度控制采用了比例微分[[]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2007：30-150.]控制，对于速度控制采用了积分限幅比例积分控制算法，转向控制采用比例微分控制算法，配合不完全微分[[]郑伟

7、鸿，郑顺杰，陈观淡.厦门大学至致远队技术报告[R].2013：31-32.]以及防偏差跳变。33第2章系统硬件电路设计第2章系统硬件电路设计2.1硬件电路整体架构设计3.3V5VMKL26Z256VLL45V3.3V电源管理模块加速度计、陀螺仪传感器模块双线性CCD3.3V测速模块液晶、蓝牙直流电机电机驱动模块7.2V图2-1系统框图系统整体结构（如图2-1所示）。2.2系统主板电路设计[[]韩国栋，月飞，娄建安.AltiumDesignerWinter09电路设计入门与提高[M].北京：化学工业出版社，2010：1-100.]主板电路主要有电源接口、单片机

8、最小系统板插座，线性CCD插口，AD端口，陀螺仪、加