智能车实验报告

智能车实验报告

一．设计目标：

小车能自己识别道路，自主导航跑过指定道路。二．总体方案设计：

自动循迹智能汽车系统结构框图

单片机控制器

主板电源结构框图

2.1道路识别

根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。

2.2原理流程图

2.3信号滤波过程

由于系统中存在噪声或干扰，进行算法滤波抑制和防止干扰是一项重要措施。可以选择“加权递推平均滤波法”。

2.4赛道检测方式

赛道路径几何特点:

由直线和圆弧组成。

2.5赛道路径检测内容：确定路径中心位置。

确定路径方向。

确定路径曲率。

需要在赛道垂直方向上

3－5点便可确定道路参数。

2.6赛道路径检测方法

最简单的方法：查表法

根据检测到的电压值，算出左右差值，每一个范围内的值，对应一个舵机转角。

缺点：速度快时，动态响应性不太好

PD控制方法：根据检测到的电压值，算出左右差值∆U1，并记录上次检测的左右差值∆U0，

PWM∆

-

VAL

∆

=

P

+

∆

D

U

1

)2

1

(*

U

_U

*

特点：P和D的参数调整合适会使转向比较平稳。

需要队员根据自己车的参数调整

舵机及电机驱动

利用占空比的变化，改变舵机的位置。方波脉冲信号的周期

为20ms，当方波脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，角度变化与脉冲宽度的变化成正比

电路连接好后，用一个逻辑输出的信号来控制马达。高电平（逻辑1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑0）让继电器断开，马达停止。

在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，可以控制马

达的反转，断开继电器就能控制停止。

想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——最简单的就是H桥电路。H桥电路的“H”的意思是它实际电路在电路图上是一个字母H的样式。

马达速度。如果在其中一种状态下，频繁的切换开关状态，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来的是马达速度的变化。

电机驱动板

2.7电机速度控制

一、低速恒速控制

二、根据赛道状态进行变速控制

分段控制

将赛道分为直道，小半径弯道，大半径弯道，丢失路线。

不同的赛道对应不同的速度。

这些速度可以根据赛道的具体情况通过按键在比赛准备时设定。PID控制

测速反馈构成的闭环控制

三.硬件电路设计

核心板

母版

四.软件设计

编程方法概述

控制系统软件组成]：

系统软件：各种操作系统、编译软件等通用软件

应用软件：用户设计的处理特定任务的专用软件

程序设计的基本方法

明确任务：MCU在控制系统中的作用、采用的控制算法、输入/输出

信号的类型和频率、系统干扰类型、软件和硬件的功能划分等。编程方法：模块化与结构化程序设计。

1.模块化程序设计

模块化程序设计，其思想就是把整个程序分解为若干个具有

单入口单出口结构的子任务或功能模块，每个模块执行单一的功能，各个模块分别设计、调试成功之后再装配在一起，成为一个完整的程序。

（1）自底向上模块化设计。首先对最低层模块进行设计、编码、测试和调试。这些模块正常工作后，就可以用它来开发高层的模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。

（2）自顶向下模块化设计。首先对最高层模块进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块，可以用“结点”来代替还未编码的较低层模块，但这些“结点”的输入和输出应满足程序说明部分的要求，但功能少得多。该方法一般适合用高级语言来设计程序。

2.结构化程序设计

结构化程序设计的基本思想是：任何程序都可用三种基本结构

表示，即顺序结构、选择结构和循环结构。由这三种基本结构经过反复嵌套构成的程序称为结构化程序。

三种结构形式

对应用程序的基本要求

实时性：指在被控制对象允许的时间范围内对系统进行采样、计算、处理、控制。采用汇编语言设计的应用程序的实时性最好。针对性：根据系统的具体需要设计应用程序。

灵活通用性：应用程序应具有一定的可移植性，可采用模块结构，将通用功能程序设计成与具体任务无关的子程序。

可靠性：应用程序应采用自检、软件陷阱、WATCHDOG等软件措施防止程序死机或失控。

应用程序的分类

过程监视程序：为监视和控制生产过程提供的人机界面（HMI），如各种键盘输入和CRT、LED、LCD显示输出等。

数据处理程序：A/D、D/A、数字滤波、线性化处理、工程转换等。控制算法程序：实现特定的控制要求，如PID、FUZZY等。

输出控制程序：将控制算法的结果转换成对执行机构的输出，如步

进电机的启停和加、减速，直流电机的速度调节等。

故障自诊断程序：检测控制系统各部分的工作状态，如RAM、ROM的

校验和检验，A/D和D/A的自检、显示装置自检等。

3.数字滤波程序设计

数字滤波是一种程序滤波，通过程序运算对采样信号进行平滑处理，消除或减少噪声的影响。与模拟滤波器比较，数字滤波具有以下优点：

（1）不需要增加硬件设备，且多通道可用一个滤波程序。（2）无阻抗匹配问题，可靠性高。

（3）可以对极低频率（0.01Hz）的干扰信号进行滤波。

（4）滤波器的参数调整方便灵活。

1.限幅滤波

限幅滤波是根据经验，确定连续两次采样信号的最大偏差。如果超过此偏差，则采样信号为干扰信号，放弃不用；否则采样信号有效。

设Y(K)、Y(K-1)、Y分别为本次采样、上次采样和最大偏差。当|Y(K)-Y(K-1)| Y时，Y(K)有效，保留为本次采样信号；

当|Y(K)-Y(K-1)| > Y时，Y(K)无效，以Y(K-1)为本次采样信号。

当信号幅度变化比较缓慢时，限幅滤波对于冲击性脉冲干扰的滤波效果较好。

2.中值滤波