飞思卡尔--智能车舵机讲解
飞思卡尔--智能车舵机讲解
2.2 舵机的安装
完成了玩具车的拆卸之后要做的第二步就是安装舵机，现在市场上卖的玩具车虽然也具有转向
功能，但是前轮的转向多是依靠直流电机来驱动，无论向哪个方向转都是一下打到底，无法控制转
过固定的角度，因此根据我们的设计需求，需要将原有的转向部分替换成现有的舵机，以实现固定
转角的转向。舵机的实物图如图 2.1所示。
需要说明的是由于小车系玩具车改装，在安装舵机是需要合理的利用小车的结构，将舵机安装
牢固，同时还需注意合理利用购买舵机是附赠的齿轮，从而将舵机固定在合适的位置。舵机的安装
方式有俯式、卧式多种，不同的安装方法力臂长短、响应速度都有所不同，这一点请自己根据实际
情况合理选择，图 2.2 为舵机的安装图。
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图 2.1 舵机实物图图 2.2 舵机安装图
舵机安装过程中有一点需要尤其注意，由于舵机不是360°可转的，因此必须保证车轮左右转
的极限在舵机的转角范围之内。
舵机安装完毕之后就可以对小车的转角进行控制了，但是由于玩具车的车体设计往往限制了小
车的转角，因此可以对小车进行局部的“破坏”来增大前轮的转角，要知道在比赛中追求速度的同
时一个大的转角对小车的可控性会有一个很大的提升，如图2.3 所示，就是对增加小车转角的一个
改造，这是我在去年小车比赛中的用法。将阻碍前轮转角的一部分用烙铁直接烫掉。
但是这种做法也有风险，由于你的改造会破坏小车的整体
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结构，有可能会对小车的硬件结构造
成破坏，因此如果你的小车在改造之后显得过于脆弱的话那你就要对你的小车采取些加固措施了。
3.4 舵机转向模块设计
舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特
点，无论是在硬件还是软件舵机设计是小车控制部分的重要组成部分，舵机的主要工作流程
为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。图 3.11 为舵机的实物图。
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图3.12 为舵机的内部结构图，舵机根据力矩划分有多种型号，价格也从几十到几百元
不等，作为本文中介绍的智能小车的应用，实物如图 3.11 所示，价格在30元左右的舵机已
经能够满足要求，但是在使用时应注意硬件连接，根据以往的情况来看舵机烧坏的情况也比
较常见。舵机的安装在前一章中已经有过介绍，舵机的电路连接也较为简单，如实物图所示，
舵机一般有三根线，两根电源线，一根信号线，上图舵机中，黑色为负极，白色为信号。因
此在电路设计中只需将信号线连至单片机的引脚同时连好
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电源就可以了。
对于舵机的连接有以下注意以下两点：
①常用舵机的额定工作电压为6V，可以使用LM1117 等芯片单独提供6V的电压，如果
为了简化硬件设计直接使用5V 供电影响也不是很大，但是一定要和单片机分开供电，
否则会造成单片机无法正常工作。
②一般来说可以将信号线连接至单片机任意一引脚，但是如过连接像A VR等带有PWM
输出功能的单片机时而且打算使用快速PWM功能时，应将信号线连接到对应的引脚。
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3.5 对舵机的调整
1）加长舵机力臂。鉴于舵机的响应速度有限，大大影响了赛车的入弯速度，但舵机的输出力矩却很大，所以可以通过加长舵机输出力臂的方法来提高舵机的响应速度。我们将力臂加长了2cm,前轮摆动相同的角度时，舵机只要转动原来转动角度的60%，所以前轮的摆动速度比原来快了40%。（2）舵机反向安装。之这所以要这样做的原因是为了保持横拉杆的水平。因为只有舵机使出的力的水平分力才是使前轮转向的有效分力，保持橫拉竿水平可以使舵机输出的力就是使前轮转向的有效分力。
对舵机的改动后小车的过弯性能将有很大的提高，特别是S型的弯道。但对于直道高速入弯的性能影响不大，改动前后都差不多。说明影响高速入弯性能的主要因素不在于总结：根据汽车动力理论将主销后倾角设为３度，使车轮具有自动回正的功能。将舵机力臂加长了2cm,使前轮的摆动速度提高了40%。舵机反向安装的方案，使舵机输出的水平分力能被前轮更为充分的利用，使赛车过弯的性能有了很大的提高。通过调整底盘前部的高度，使赛车的底盘呈现前
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智能小车舵机控制精编版
智能小车舵机控制精编 版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
1 //只利用一个定时器 T0，定时时间为，定义一个角度标识，数值为 1、2、3、4、5， //实现、1ms、、2ms、高电平的输出，再定义一个变量，数值最大为 40，实现周期为 20ms。 //每次进入定时中断，判断此时的角度标识，进行 //相应的操作。比如此时为 5，则进入的前 5 次中断期间，信号输出为高电平，即为的 //高电平。剩下的 35 次中断期间，信号输出为低电平，即为的低电平。这样总的时间 //是 20ms，为一个周期。 //用51板上s1和s2按键 //用P1^7输出 PWM信号控制舵机 #include "" unsigned char count; //次数标识 sbit pwm =P1^7 ; //PWM信号输出 sbit jia =P3^0; //角度增加按键检测IO口 sbit jan =P3^1; //角度减少按键检测IO口 sbit jianwei=P3^4; //按键位 unsigned char jd; //角度标识 sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e void delay(unsigned char i)//延时 { unsigned char j,k; for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--); } void Time0_Init() //定时器初始化 { TMOD = 0x01; //定时器0工作在方式1 IE= 0x82; TH0= 0xfe; TL0= 0x33; //晶振， TR0=1; //定时器开始 } void Time0_Int() interrupt 1 //中断程序 { TH0 = 0xfe; //重新赋值 TL0 = 0x33; if(count /**********************舵机增量式PID算法*********************** double ref = 0;//设置参数设定值 double feb = 0;//采样反馈过程值 int pwm_var = 0; //PID调整量 int PWM_out = 0; //PWM输出量 double Uo = 0; double Ek = 0; double Ei = 0; double Ed = 0; #define Kp 8 //PID调节的比例常数 #define Ti 0.05 //PID调节的积分常数 #define Td 0.02 //PID调节的微分时间常数 #define T 0.02 //采样周期 #define Kpp Kp * ( 1 + (T / Ti) + (Td / T) ) #define Ki (-Kp) * ( 1 + (2 * Td / T ) ) #define Kd Kp * Td / T //#define Kpp 4 //#define Ki 0.8 //#define Kd 20 //误差的阀值，小于这个数值的时候，不做PID调整，避免误差较小时频繁调节引起震荡 #define Emin 3 //调整值限幅，防止积分饱和 #define Umax 100 #define Umin -100 //输出值限幅 #define Pmax 15500 #define Pmin 200 /////////////////////////////////////////////////////////////////// ////// PID运算 /////// extern int left,w,top,h; extern HDC m_hdc; CBrush brush3(RGB(0,255,0)); CBrush brush4(RGB(255,0,0)); CBrush brush5(RGB(255,255,0)); #else #include 单片机控制舵机 修改浏览权限 | 删除.什么是舵机： 舵机如下所示： 有三根线，一般依次是地，电源（5V左右），信号（信号的幅值>=3.3V),不清楚各个脚打开舵机一测量就知道了。 2.其工作原理是： 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏 置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3.舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为 0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关 系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 重要说明： 1：上面部分还是成线形关系的，Y=90X-45（X单位是ms,Y单位是度数：） 2：上面所说的0度45度等是指度45度位置（什么意思呢：我说明一下就知道了，就拿45度位置来说，若舵机停在0度位置，下载45度位置程序后则舵机停在45度，即顺时针走了45度，若当时舵机在135度位置，则反转90度到45度位置。所以舵机不存在正转反转问题。这点非常重要。 3:若想转动到45度位置，要一直产生1.0ms的高电平（即PA0=1； Delay(1ms);PA0=0;Delay(20ms);要不停的产生这个高低电平，产生PWM脉冲 请看下形象描述吧: 下面是我在ATMEGA32上的测试程序，开发软件：ICC AVR #include RT，留下一点不算成功的经验吧。 先说说个人认为要取得好成绩的两个最重要的先决条件。 1. 人，这个是大前提，对于一个好的队伍，判别标准其实很简单，就是队员3个人是玩伴关系还是领导和下属关系。前者，大家都是来玩这个智能车的，自然主观能动性就会很高，能自主学习。不会总是“等着所谓队长分配任务”。这样效率就会很高。成绩自然不会低，后者，如果“队长”个人能力很强的话，就会出现到最后只有“队长”一个人在干。其他的队员就会因为自己技术不行，渐渐退出。而不会因为自己不会而去主动的学习。如果“队长”能力一般，再没有一些强力指导老师的情况下，这样的队伍一般会悲剧掉。所以，新人在参加这个智能车比赛的时就要明确动机。参加智能车确实是来学习知识的，但不会有人真正的来教你。一切都靠自己。 2.跑道，这个是客观条件中最重要的，一条污浊、破损、不符合规则的跑道，是不可能出成绩的。我们学校的赛道就是因为当初制作和后期保养不到位，导致赛道诸多永久性污浊、破损。一开始车刚能爬的时候，问题还不明显，后来在测试让车能平滑过S弯时问题就来了，由于赛道污浊，远处的跑道在CCD看了是错误，导致S弯和普通弯看起来一样，致使S弯策略根本没有启用，当时一直到修改S弯策略，到后来调出图像来看才发现是采集的问题。至于赛道污浊破损带来的干扰要不要处理，答案是肯定的，因为就算是比赛用的跑道也会有擦不掉，补不了的地方。但处理这些问题，应该是放在车辆原先行驶策略都调试正确的情况下，再人为的加入这些干扰。这样修改程序起来就有的放矢。 下面再以个人的观点介绍一下3个组别的特点，给新人选择做一个参考。 摄像头：有点像开卷考试，能得到的东西很多，但是如何把这些东西用好就是一个学问。摄像头的关键就是如何从采集回来的图像所包含的诸多信息中，选出一些高效方便的信息来控制车辆。至于控制策略，个人觉得一个能根据不同赛道类型而变化比例系数的比例控制器就能很好的满足控制需要。 光电组：想象起来很容易，其实很累的一个组，原理最简单，但是为了能有30CM以上的前瞻，和比较连续的偏差变化，就要下大功夫，先不说别的，让你装15个激光管，而且要保证不焊烧并要把光点打在一条线上，就是很繁琐的事情。总得来说，光电组拼的就是电路和传感器结构。不过对于看客来说，光电组是最好“看”的组，一排壮观的激光加上摆头的机械~ 电磁组：听起来有点复杂，其实比前两个组都轻松的组，电磁组又可分为数字和模拟两个类别。数字传感器就是和光电一样弄一排的传感器，看看哪个传感器接收到的信号最强以判断中线位置。模拟的就是比较两个传感器之间信号强度的差值来判断。电磁组好处就是不容易受到干扰，比赛上也见的，电磁车跑完的成功率是很高的，而且很容易判别起跑线。基本不用懂脑筋。而且如果选用是模拟传感器的话，能得到比较平滑的控制。 先说这些，想到再继续 关于摇头激光车的一点个人理解：为什么光电的车，要多花一个舵机去让传感器摇头呢？因为。为了能获得赛道上一个比较宽范围的信息，就必须把传感器做的很长。这样的后果 就是重量。折中的办法就是摇头，通过摇头，可以使一个小尺寸的传感器检测到大范围 DEMOK工作室淘宝小店 飞思卡尔--智能车舵机讲解 2.2 舵机的安装 完成了玩具车的拆卸之后要做的第二步就是安装舵机，现在市场上卖的玩具车虽然也具有转向 功能，但是前轮的转向多是依靠直流电机来驱动，无论向哪个方向转都是一下打到底，无法控制转 过固定的角度，因此根据我们的设计需求，需要将原有的转向部分替换成现有的舵机，以实现固定 转角的转向。舵机的实物图如图 2.1所示。 需要说明的是由于小车系玩具车改装，在安装舵机是需要合理的利用小车的结构，将舵机安装 牢固，同时还需注意合理利用购买舵机是附赠的齿轮，从而将舵机固定在合适的位置。舵机的安装 方式有俯式、卧式多种，不同的安装方法力臂长短、响应速度都有所不同，这一点请自己根据实际 情况合理选择，图 2.2 为舵机的安装图。 5 图 2.1 舵机实物图图 2.2 舵机安装图 舵机安装过程中有一点需要尤其注意，由于舵机不是360°可转的，因此必须保证车轮左右转 的极限在舵机的转角范围之内。 舵机安装完毕之后就可以对小车的转角进行控制了，但是由于玩具车的车体设计往往限制了小 车的转角，因此可以对小车进行局部的“破坏”来增大前轮的转角，要知道在比赛中追求速度的同 时一个大的转角对小车的可控性会有一个很大的提升，如图2.3 所示，就是对增加小车转角的一个 改造，这是我在去年小车比赛中的用法。将阻碍前轮转角的一部分用烙铁直接烫掉。 但是这种做法也有风险，由于你的改造会破坏小车的整体 7 结构，有可能会对小车的硬件结构造 成破坏，因此如果你的小车在改造之后显得过于脆弱的话那你就要对你的小车采取些加固措施了。 3.4 舵机转向模块设计 舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特 点，无论是在硬件还是软件舵机设计是小车控制部分的重要组成部分，舵机的主要工作流程 为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。图 3.11 为舵机的实物图。 7 第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告 学校：中北大学 伍名称：ARES 赛队员：贺彦兴 王志强 雷鸿 队教师：闫晓燕甄国涌 关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、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：2014-09-15日 摘要 本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang 算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅 助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。 目录 1绪论 (1) 1.1 竞赛背景 (1) 1.2国内外智能车辆发展状况 (1) 1.3 智能车大赛简介 (2) 1.4 第九届比赛规则简介 (2) 2智能车系统设计总述 (2) 2.1机械系统概述 (3) 2.2硬件系统概述 (5) 2.3软件系统概述 (6) 3智能车机械系统设计 (7) 3.1智能车的整体结构 (7) 3.2前轮定位 (7) 3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8) 3.4传感器的安装 (8) 4智能车硬件系统设计 (8) 4.1XS128芯片介绍 (8) 4.2传感器板设计 (8) 4.2.1电磁传感器方案选择 (8) 4.2.2电源管理模 (9) 4.2.3电机驱动模块 (10) 4.2.4编码器 (11) 5智能车软件系统设 (11) 5.1程序概述 (11) 5.2采集传感器信息及处理 (11) 5.3计算赛道信息 (13) 5.4转向控制策略 (17) 5.5速度控制策略 (19) 6总结 (19) 智能车的制作中,看经验来说,舵机的控制是个关键.相比驱动电机的调速,舵机的控制对于智能车的整体速度来说要重要的多. PID算法是个经典的算法,一定要将舵机的PID调好,这样来说即使不进行驱动电机的调速(匀速),也能跑出一个很好的成绩. 机械方面: 从我们的测试上来看,舵机的力矩比较大,完全足以驱动前轮的转向.因此舵机的相应速度就成了关键.怎么增加舵机的响应速度呢?更改舵机的电路?不行,组委会不允许.一个非常有效的办法是更改舵机连接件的长度.我们来看看示意图: 从上图我们能看到,当舵机转动时,左右轮子就发生偏转.很明显,连接件长度增加,就会使舵机转动更小的转角而达到同样的效果.舵机的特点是转动一定的角度需要一定的时间.不如说(只是比喻,没有数据),舵机转动10度需要2ms,那么要使轮子转动同样的角度,增长连接件后就只需要转动5度,那么时间是1ms,就能反应更快了.据经验,这个舵机的连接件还有必要修改.大约增长0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了两个舵机分别控制两个轮子.想法很好.但今年不允许使用了. 接下来就是软件上面的问题了. 这里的软件问题不单单是软件上的问题,因为我们要牵涉到传感器的布局问题.其实,没有人说自己的传感器布局是最好的,但是肯定有最适合你的算法的.比如说,常规的传感器布局是如下图: 这里好像说到了传感器,我们只是略微的一提.上图只是个示意图,意思就是在中心的地方传感器比较的密集,在两边的地方传感器比较的稀疏.这样做是有好处的,大家看车辆在行驶到转弯处的情况: 相信看到这里，大家应该是一目了然了，在转弯的时候，车是偏离跑道的，所以两边比较稀疏还是比较科学的，关于这个，我们将在传感器中在仔细讨论。 在说到接下来的舵机的控制问题，方法比较的多，有人是根据传感器的状态,运用查表法差出舵机应该的转角,这个做法简单,而且具有较好的滤波"效果",能够将错误的传感器状态滤掉;还有人根据计算出来的传感器的中心点(比 简易教程 前言 往届全国大学生电子设计竞赛曾多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目，此次，笔者在通过多次论证、比较与实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。 整个系统基于普通玩具小车的机械结构，利用小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对接收管和路面信号进行检测，然后经过比较器处理，对软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。 智能小车能在画有黑线的白纸“路面”上行驶，这是由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，小车可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”---黑线，最终实现简单的循迹运动。 个人水平有限，有错误不足之处，还望各位前辈同学多多包含，指出修正，完善。谢谢！ 李学云王维 2016年7月27号 目录 前言 (1) 第一部分硬件设计 (1) 1.1 车模选择 (1) 1.2传感器选择 (1) 1.3 控制模块选择 (2) 第二部分软件设计及调试 (3) 2.1 开发环境 (3) 2.2总体框架 (3) 2.3 舵机程序设计与调试 (3) 2.3.1 程序设计 (3) 2.3.2 调试 (3) 2.3.3 程序代码 (4) 2.4 传感器调试 (5) 2.4.1 传感器好坏的检测 (5) 2.4.2 单片机能否识别信号并输出信号 (5) 2.5 综合调试 (7) 附录1 (9) 第一篇舵机(舵机及转向控制原理) (9) 1.1概述 (9) 1.2舵机的组成 (10) 1.3舵机工作原理 (11) 1.4舵机使用中应注意的事项 (12) 1.5如何利用程序实现转向 (12) 1.6舵机测试程序 (13) 附录2 (14) 第二篇光电红外传感器 (14) 2.1传感器的原理 (14) 2.2红外光电传感器ST188 结构图 (15) 2.3传感器的选择 (15) 2.4传感器的安装 (16) 2.5使用方法 (16) 2.7红外传感器输入输出调试程序 (17) 智能车黑线识别算法及控制策略研究 时间：2009-05-1811:23:07来源：电子技术作者：北京信息科技大学，机电工程学院张淑 谦王国权 0引言 “飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛是由摩托罗拉旗下飞思卡尔公司赞助由高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办的全国性的赛事，旨在加强大学生的创新意识、团队合作精神和培养学生的创新能力。此项赛事专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，对学生的知识融合和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。 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，它由大赛组委会统一提供。自动控制器是以飞思卡尔16位微控制器MC9S12DGl28(S12)为核心控制单元，配合有传感器、电机、舵机、电池以及相应的驱动电路，它能够自主识别路径，控制车高速稳定运行在跑道上。比赛要求自己设计控制系统及自行确定控制策略，在规定的赛道上以比赛完成的时间短者为优胜者。赛道由白色底板和黑色的指引线组成。根据赛道的特点，比赛组委会确定了两种寻线方案：1．光电传感器。2．摄像头。 两种寻线方案的特点如下： (1)光电传感器方案。通过红外发射管发射红外线光照射跑道，跑道表面与中心指引线具有不同的反射强度，利用红外接收管可以检测到这些信息。此方案简单易行程序调试也简单且成本低廉，但是它受到竞赛规则的一些限制(组委会要求传感器数量不超过16个(红外传感器的每对发射与接收单元计为一个传感器，CCD传感器计为1个传感器))，传感器的数量不可能安放的太多，因而道路检测的精度较低，能得到指引线的信息量也较少。若采用此方案容易引起舵机的回摆走蛇形路线。 (2)摄像头方案。根据赛道的特点斯用黑白图像传感器即可满足要求。CCD摄像头有面阵和线阵两种类型，它们在接口电路、输出信号以及检测信息等方面有着较大的区别，面阵摄像头可以获取前方赛道的图像信息，而线阵CCD只能获取赛道一条直线上的图像信息。摄像头方案的所能探测的道路信息量远大于光电传感器方案，而且摄像头也可以探测足够远的距离以方便控制器对前方道路进行预判。虽然此方案对控制器的要求比较高，但组委会提供的MC9S12DGl28(S12)的运算能力以及自身AD口的采样速度完全能够满足摄像头的视频采样和大量图像数据的处理的要求。 本文就是在摄像头方案的前提下，在实时的图像数据获取的基础上对图像信息进行数据处理，从而提取赛道中心的黑色指引线，再以此来作为舵机和驱动电机的控制依据。 1摄像头采样数据的特点 采用的黑白摄像头的主要工作原理为：按一定的分辨率，以隔行扫描的方式采集图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度一一对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出，见图1。摄像头连续地扫描图像上的一行，则输出就是一段连续的电压信号，该电压信号的高低起伏反映了该行图像的灰度变化。当扫描完一行，视频信号端就输出一个低于最低视频信号电压的电平(如O．3V)，并保持一段时间。这样相当于紧接着每行图像信号之后会有一个电压“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脉 常用于机器人的电机有直流电机，步进电机，伺服电机。 直流电机：用于驱动机器人的移动，加上电源后，电机将一直转动，颠倒电机的电源和地线就会改变电机的转动方向。价格便宜，适用于大多数机器人应用。 点击参见：直流电机的H桥驱动原理和驱动电路选择 步进电机：也是直流电机的一种，步进电机内部有多个线圈，同时给一个或两个线圈加电，电机将转过一定的角度，要想电机连续转动，就要依次给给个线圈加电，加电的过程就是给电机施加 脉冲电流的过程。改变脉冲的频率就改变了电机的转速，改变施加脉冲的顺序就改变了电 机的转动方向。用于机器人需要位置控制的场合，如机械臂。 点击参见：步进电机的驱动原理和驱动电路 步进电机分类和选择 伺服电机：一个连续转动的直流电机，加一个闭环反馈控制的回路，以实现精确的位置控制。舵机即是伺服电机的一种，常用于飞机模型中用于转向控制。可用于驱动机器人的腿，手臂，头部和 其他肢体。 点击参见：数码舵机的原理与故障分析 点击参见：舵机的原理与单片机的控制 电机的技术参数 １、电机的电压 电压是选择直流电机的一个重要参数，小型的趣味机器人用的直流电机一般为１.５v－６v， 在这个电压范围内电机都可以工作，电压越高，转速越高。也有采用固定电压的高质量的电 机，如１２Ｖ，２４Ｖ直流电机。一般情况下电机都可以在高于或低于其工作电压的情况下 运行，如１２Ｖ电机，可以在８v下工作，但转速降低，输出转矩变小，电机无力。如果长 时间在高于其工作电压３０％－４０％的电压下工作，电机线圈会发热，可能使电机永久 损坏。 ２、电机的电流 空载电流：指电机不加轮胎及其他任何负载的情况下的电流。 负载电流：指加上轮胎，和其他重物下电机工作的电流。 通常空载的电流很小，负载电流是其实际工作的电流，是选择驱动电路的依据。当电机的负 载超过了电机所能承受的最大值时，电机将停止转动，电流不再增加，这就是堵转。 ３、电机的转速 指的是电机的主轴每分钟转过的转数。单位为转数／分钟（r/min），机器人需要的电机转速 一般在100-200转每分钟，甚至更低的转数，而一般的直流电机的转速在4000～7000转每 分钟，无法直接在机器人上使用，必须经过降速。可以自己设计齿轮比来降速，也可以采用 现成的减速齿轮箱。 4、转矩 就是电机能够带动多大的负载，转矩越大电机越有劲。额定转矩：电机在正常工作下能够驱动负载的大小。测量方法是在电机轴上固定一个杠杆，杠杆上挂上重物，让电机带动重物旋转。 单位为g/cm，单位厘米所能带动的重物克数越大，转矩也就越大。 文章网址： https://www.360docs.net/doc/0212500312.html,/wqb_lmkj/blog/item/41249a100292d2195aaf5394.html?timeStamp=1316176239437 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，还有传感器的安装、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。 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 伺服马达原理与控制, 模拟舵机和数字舵机的区别, 以及常见问题解决 伺服马达原理与控制 1、伺服马达内部结构 伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低 伺服马达内部结构图 2、伺服马达的工作原理 伺服马达是一个典型闭环反馈系统，其原理可由下图表示： 伺服马达工作原理图 减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。 3、如何控制伺服马达 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。 输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms 之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间，并不很严格，下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系： 4、伺服马达的电源引线 电源引线有三条，如图中所示。伺服马达三条线中白色的线是控制线，接到控制芯片上。中间的是SERVO工作电源线（红色），一般工作电源是5V。第三条是地线。 5、伺服马达的运动速度 伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变，例如，我们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点，通过控制每个停顿点的时间长短来实现0o—90o变化的平均速度。对于多数伺服马达来说，速度的单位由“度数/秒”来决定。 6、使用伺服马达的注意事项 除非你使用的是数码式的伺服马达，否则以上的伺服马达输出臂位置只是一个不准确的大约数。 普通的模拟微型伺服马达不是一个精确的定位器件，即使是使用同一品牌型号的微型伺服马达产品，他们之间的差别也是非常大的，在同一脉冲驱动时，不同的伺服马达存在±10o 的偏差也是正常的。 正因上述的原因，不推荐使用小于1ms及大于2ms的脉冲作为驱动信号，实际上，伺服马达的最初设计表也只是在±45o的范围。而且，超出此范围时，脉冲宽度转动角度之间 PID改进飞思卡尔智能车算法 PID改进飞思卡尔智能车算法：智能车系统是一个时变且非线性的系统，采用传统PID算法的单一的反馈控制会使系统存在不同程度的超调和振荡现象，无法得到理想的控制效果。将前馈控制引入到了智能车系统的控制中，有效地改善了系统的实时性，提高了系统的反应速度；并且根据智能车系统的特点，对数字PID算法进行了改进，引入了微分先行和不完全微分环节，改善了系统的动态特性；同时，利用模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强的特点，将模糊算法与PID算法相结合，有效地提高了智能车的适应性和鲁棒性，改善了系统的控制性能。 改进PID算法 智能车的控制是由飞思卡尔公司的S12芯片完成，所以对智能车的控制要采用计算机控制方法。本文针对智能车控制的特殊性，对传统数字PID算法做了一些改进，这样可以更好地满足智能车控制的需要。 不完全微分PID 将微分环节引入智能车的方向和速度控制，明显地改善了系统的动态性能，但对于误差干扰突变也特别敏感，对系统的稳定性有一定的不良影响。为了克服上述缺点，本文在PID算法中加入了一阶惯性环节，不完全微分PID算法结构如图1所示。 将一阶惯性环节直接加到微分环节上，可得到系统的传递函数为： 将（1）式的微分项推导并整理，得到方程如下： 式中，，由系统的时间常数和一阶惯性环节时间常数决定的一个常数。 为了编程方便，可以将2-2式写成如下形式： 分析式（3）可知，引入不完全微分以后，微分输出在第一个采样周期内被减少了，此后又按照一定比例衰减[3][4]。实验表明，不完全微分有效克服了智能车的偏差干扰给速度控制带来的不良影响，具有较好的控制效果。图2为不完全微分PID算法的程序流程图。 微分先行PID 由于智能车在跑道上行驶时，经常会遇到转弯的情况，所以智能车的速度设定值和方向设定值都会发生频繁的变化，从而造成系统的振荡。为了解决设定值的频繁变化给系统带来的不良影响，本文在智能车的速度和方向控制上引入了微分先行PID算法，其特点是只对输出量进行微分，即只对速度测量值和舵机偏转量进行微分，而不对速度和方向的设定值进行微分。这样，在设定值发生变化时，输出量并不会改变，而被控量的变化相对是比较缓和的，这就很好地避免了设定值的频繁变化给系统造成的振荡，明显地改善了系统的动态性能。 图3是微分先行PID控制的结构图，微分先行的增量控制算式如下。 *********************************************************************************** * Test.c * Description: This file includes I/ O function for test, the PWM outputs function for test, function * testing sensors. * (c) Copyright 2006,Zhao Cheng * All Rights Reserved * * By : Zhao Cheng * Note : Don't change this file if possible. **********************************************************************************/ #include for(;;) { k=(~j)&0x7f; PORTA = PORTB = k; while (TCNT != 0x0000); while (TCNT == 0x0000) { if(i>9) { j=j<<1; i=0; } i++; } if(j>=0x80) j=0x01; } } void PWMtest(void) { int counter=-4500; Main.c #include 1 引言 智能车系统是一个时变且非线性的系统，采用传统PID算法的单一的反馈控制会使系统存在不同程度的超调和振荡现象，无法得到理想的控制效果。本文将前馈控制引入到了智能车系统的控制中，有效地改善了系统的实时性，提高了系统的反应速度[1]；并且根据智能车系统的特点，对数字PID算法进行了改进，引入了微分先行和不完全微分环节，改善了系统的动态特性；同时，利用模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强的特点[2]，本文将模糊算法与PID算法相结合，有效地提高了智能车的适应性和鲁棒性，改善了系统的控制性能。 2 改进PID算法 智能车的控制是由飞思卡尔公司的S12芯片完成，所以对智能车的控制要采用计算机控制方法。本文针对智能车控制的特殊性，对传统数字PID算法做了一些改进，这样可以更好地满足智能车控制的需要。 2.1不完全微分PID 将微分环节引入智能车的方向和速度控制，明显地改善了系统的动态性能，但对于误差干扰突变也特别敏感，对系统的稳定性有一定的不良影响。为了克服上述缺点，本文在PID算法中加入了一阶惯性环节[3]，不完全微分PID算法结构如图1所示。 图1 不完全微分PID算法机构图 将一阶惯性环节直接加到微分环节上，可得到系统的传递函数为： （1）将（1）式的微分项推导并整理，得到方程如下： （2） 式中，，由系统的时间常数和一阶惯性环节时间常数决定的一个常数。 为了编程方便，可以将2-2式写成如下形式： （3） 式中，。 分析式（3）可知，引入不完全微分以后，微分输出在第一个采样周期内被减少了，此后又按照一定比例衰减[3][4]。实验表明，不完全微分有效克服了智能车的偏差干扰给速度控制带来的不良影响，具有较好的控制效果。图2为不完全微分PID算法的程序流程图。 2.2 微分先行PID 由于智能车在跑道上行驶时，经常会遇到转弯的情况，所以智能车的速度设定值和方向设定值都会发生频繁的变化，从而造成系统的振荡。为了解决设定值的频繁变化给系统带来的不良影响，本文在智能车的速度和方向控制上引入了微分先行PID算法，其特点是只对输出量进行微分，即只对速度测量值和舵机偏转量进行微分，而不对速度和方向的设定值进行微分。这样，在设定值发生变化时，输出量并不会改变，而被控量的变化相对是比较缓和的，这就很好地避免了设定值的频繁变化给系统造成的振荡，明显地改善了系统的动态性能。 图3是微分先行PID控制的结构图，微分先行的增量控制算式如下。 （4）智能车舵机PD运算
飞思卡尔智能车摄像头组freescale程序代码
智能车中的舵机入门
飞思卡尔智能车经验
飞思卡尔--智能车舵机讲解
飞思卡尔智能车竞赛光电组技术报告
飞思卡尔 智能车舵机控制
51红外循迹小车报告(舵机版)最终版
飞思卡尔智能车黑线识别算法及控制策略研究
机器人智能小车电机选择直流电机 步进电机 舵机
飞思卡尔智能车比赛个人经验总结
飞思卡尔智能车技术报告
关于智能车舵机
PID改进飞思卡尔智能车算法
飞思卡尔智能车的数据采集(CCD摄像头)程序,舵机,电机控制程序
飞思卡尔智能车程序
飞思卡尔智能车PID改进算法