智能车设计教程第6章

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1、第6章智能汽车设计实践——光电管型设计6.1机械设计16.2硬件设计26.3软件设计3第6章智能汽车设计实践——光电管型设计6.1机械设计6.1.1光电管传感器的布局6.1.2舵机的安装6.1.3测速传感器的安装6.1.1光电管传感器的布局1．传感器的布局间隔2．传感器的径向探出距离传感器的布局间隔各个传感器的布局间隔对智能车的运行，是有一定影响的。传感器的间隔是否合适，对过弯的精确性以及防止飞车有很大的影响。设定传感器间隔的原则是：既要满足一定的密度以保证走弯道时轨迹相对精确，又要尽可能拥有大的横向控制范围来防

2、止飞车。若传感器间隔设置合适，当赛道有一点微小的变化时，小车的控制单元就能进行相应的反应（改变前轮转角），从而使得过弯道的轨迹与弯道大体重合，精确性好。传感器的径向探出距离（1）“一”字形布局:“一”字形布局是传感器最常用的布局形式，即各个传感器在一条直线上，从而保证纵向的一致性，使其控制策略主要集中在横向上，其排布如图6.1所示。图6.1“一”字形布局传感器的径向探出距离（2）“八”字形布局:“八”字形布局从横向来看与“一”字形布局类似，但它增加了纵向的特性，从而具有了一定的前瞻性，其排布如图6.2所示。图6.

3、2“八”字形布局传感器的径向探出距离（3）“W”字形布局:为了能够提早地预测到弯道的出现，我们还可以将左右两端的传感器进行适当前置，从而形成“W”形布局，此外，还可利用“W”形布局来检测赛道的弯曲程度。其光电管排布如图6.3所示。图6.3“W”字形布局6.1.2舵机的安装在智能车上，舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向。舵机是系统中一个具有较大时间常数的惯性环节。其时间延迟正比于转过的角度，反比于舵机的响应速度。对于快速性要求极高的智能小车来说，舵机的响应速度是影响其过弯最高速度的一个重要因素，特别是对于前瞻不

4、够远的智能小车更是如此。6.1.2舵机的安装提高舵机控制前轮转向速度的一种方法是采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，其安装图如图6.4所示。图6.4舵机的安装图6.1.3测速传感器的安装为了减轻智能车的质量，测速时应尽量选用质量轻精度高的传感器，为了不影响加速性能，编码器的传动齿轮较小，基本上和电机的齿轮相同。其安装图如图6.5所示。图6.5测速传感器的安装6.2硬件设计6.2.1HCS12控制核心6.2.2电源管理单元6.2.3路径识别单元6.2.4车速检测模块6.2.5舵机控制单元6.2.6

5、直流驱动电机控制单元6.2硬件设计硬件电路设计是智能车控制系统设计的基础。智能车控制系统硬件结构主要由HCS12控制核心、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路组成，其系统硬件结构如图6.6所示。图6.6系统硬件结构图6.2.1HCS12控制核心HCS12控制核心单元既可以直接采用组委会提供的MC9S12EVKX电路板，也可以自行购买MC9S12DG128单片机，然后量身制作适合自己需要的最小开发系统。6.2.1HCS12控制核心MC9S12DG12B单片机引脚图如图

6、6.7所示。图6.7MC9S12DG12B单片机引脚图6.2.1HCS12控制核心在光电管方案中，其I/O口具体分配如下：PH口与PA口用于小车光电发光管发光控制；PT0用于车速检测的输入口；PB口用于显示小车的各种性能参数；PWM0（PP0引脚）与PWM1（PP1引脚）合并用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM2（PP2引脚）与PWM3（PP3引脚）合并用于驱动电机的PWM控制信号输出（电机正转）；PWM4（PP4引脚）与PWM5（PP5引脚）合并用于驱动电机的PWM控制信号输出（电机反转）。在连续路径识别算

7、法中，PAD口用于传感区光电接收管电压信号的输入口。6.2.2电源管理单元电源管理单元是智能车硬件设计中的一个重要组成部分，它的作用是对组委会提供的7.2V1800mANi-cd蓄电池进行电压调节。按照系统各部分正常工作的需要，各模块电压值分为5V,6.5V和7.2V三个挡。6.2.2电源管理单元电源管理单元主要用于以下三个方面：（1）采用稳压管芯片L7805CV将电源电压稳压到5V后，给单片机系统电路、路径识别的光电传感器电路、车速检测的转角编码器电路和驱动芯片MC33886电路供电；（2）经过一个二极管降至6

8、.5V左右后供给转向伺服电机；（3）直接供给直流驱动电机。6.2.2电源管理单元同时考虑到稳压芯片L7805CV的额定输出电流较小，故采用两片L7805CV分别对单片机电路、车速检测电路、驱动芯片电路和光电传感器电路供电，以保证系统正常运行。其稳压电路如图6.8所示。图6.8稳压电源单元6.2.3路径识别单元在光电管方案中，通过红外发光管发射红外光照射跑道，由于跑道表面与