飞思卡尔智能车电磁组信号采集

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飞思卡尔电磁组

飞思卡尔电磁组

智能车简介
飞思卡尔智能车大赛分三种赛组:
摄像头组
光电组
电磁组
调试视频
调试视频
电磁组原理概述
车模直立行走比赛是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式,让车模以两
个后轮 驱动进行直立行走。 在电磁组比赛中,利用 车模双后轮驱动的特点,实现两轮自平衡行走。相 对于传统的四轮行走的车 模竞赛模式,车模直立行走在硬件设计、控制软件开发 以及现场调试等方面提出了更高 的要求。
原理篇
原理篇
• 1.路径检测 • 2.直立控制 • 3.算法设计
• 路径检测的整体思路流程:
• 磁场感应 选频 放大 检波 A/D采集(单片机萨法尔定律可求得通电的导线周 围空间上某一定点的磁场强度。
• 再由法拉利定律和楞次定律可得处在该点处磁感线圈的感应 电动势大小
算法设计
• 在车模控制中的直立、速度和方向控制三个环节中,都使用 了比例微分(PD)控制,这三种控制算法的输出量最终通过 叠加通过电机运动来完成。 • (1)车模直立控制:使用车模倾角的PD(比例、微分)控 制;
• (2)车模速度控制:使用PD(比例、微分)控制; • (3)车模方向控制:使用PD(比例、微分)控制。
单 管 共 射 交 流 放 大 电 路
检波电路
• 测量放大后的感应电动势的幅值E可以有多种方法。最简单的 方法就是使用二极管检波电路将交变的电压信号检波形成直 流信号,然后再通过单片机的AD采集获得正比于感应电压幅 值的数值。
A/D输入
单片机
检测部分的系统框图
直立行走的原理
• 车模直立行走比赛是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式, 让车模以两个后轮驱动进行直立行走。
车模控制任务分解图
• 三个分解后的任务各自独立进行控制。由于最终都是对同一 个控制对象(车模的电机)进行控制,所以它们之间存在着 耦合。这三个任务中保持车模平衡是关键。由于车模同时受 到三种控制的影响,从车模平衡控制的角度来看,其它两个 控制就成为它的干扰。因此对车模速度、方向的控制应该尽 量保持平滑,以减少对于平衡控制的干扰

第五届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学电磁组技术报告

第五届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学电磁组技术报告

第五届飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛技 术 报 告学校:华中科技大学队伍名称:华中科技大学五队参赛队员:方华启张江汉诸金良带队教师:何顶新罗惠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五届全国大学生“飞思卡尔”杯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:目录第1章引言 (1)1.1 概述 (1)1.2 全文安排 (2)第2章电路设计 (3)2.1 电路系统框图 (3)2.2 电源部分 (4)2.3 电机驱动部分 (5)2.4 电磁传感器 (6)第3章机械设计 (8)3.1 车体结构和主要参数及其调整 (8)3.2 舵机的固定 (10)3.3 传感器的固定 (11)3.4 编码器的固定 (11)第4章软件设计 (12)4.1 程序整体框架 (12)4.2 前台系统 (13)4.3 后台系统 (13)4.4 软件详细设计 (14)第5章调试 (15)第6章全文总结 (16)6.1 智能车主要技术参数 (16)6.2 不足与改进 (16)6.3 致谢与总结 (17)I参考文献 (18)附录A 源代码 (18)II第1章引言第1章引言教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养,在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上,委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛(教高司函[2005]201号文)[1]。

为响应教育部的号召,本校积极组队参加第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。

从2009 年12 月开始着手进行准备,历时近8 个月,经过设计理念的不断进步,制作精度的不断提高,经历 2 代智能车硬件平台及相关算法的改进,最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。

(整理)飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案

(整理)飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案

精品文档电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案(竞赛秘书处2010-1,版本 1.0)一、前言第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。

竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。

除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。

具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。

本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案,目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案,开始制作和调试自己的车模。

本方案通过微型车模实际运行,证明了它的可行性。

微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。

二、设计原理1、导线周围的电磁场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。

智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz,产生的电磁波属于甚低频(VLF)电磁波。

甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间,为3kHz~30kHz,波长为100km~10km。

如下图所示:图1:电流周围的电磁场示意图导线周围的电场和磁场,按照一定规律分布。

通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置,这正是我们进行电磁导航的目的。

由于赛道导航电线和小车尺寸l远远小于电磁波的波长 ,电磁场辐射能量很小(如果天线的长度l远小于电磁波长,在施加交变电压后,电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方),所以能够感应到电磁波的能量非常小。

为此,我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场,按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布,从而进行位置检测。

精品文档由毕奥-萨伐尔定律知:通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场,距离导线距离为r处P点的磁感应强度为:精品文档图 2 直线电流的磁场⎝1 4 r由此得: B =  cos⎝4 r对于无限长直电流来说,上式中⎝1 = 0 ,⎝ 2 = ,则有B = (1)。

图3:无限长导线周围的磁场强度在上面示意图中,感应磁场的分布是以导线为轴的一系列的同心圆。

飞思卡尔智能车摄像头组新手指南(5)--让车跑起来篇

飞思卡尔智能车摄像头组新手指南(5)--让车跑起来篇

飞思卡尔智能车摄像头组新⼿指南(5)--让车跑起来篇舵机、电机控制策略让车跑起来彭岸辉控制器设置了快速的控制周期,在每个运算周期内,控制器即时地得到智能车车速以及传感器采样来的道路信号,经过控制算法的计算后,控制单元输出相应的前轮控制转⾓以及电机占空⽐的值,其输出值再经过函数映射关系转换为 PWM 脉宽信号传⾄前轮舵机以及驱动电机,从⽽实现⼀个周期的控制。

由于摄像头的信号是具有周期性的,可以直接采⽤摄像头采集⼀幅图像的周期作为控制周期。

舵机控制采⽤ PD 控制,控制跟随性较好,P可以及时对赛道的变化作出反应,当然舵机的 P 项值也是跟随赛道情况变化的,直道和较⼩的弯道时控制较弱,90 度弯道或 270 度⼤弯道控制量较强,D有预测道路类型的作⽤,也就是能使舵机提前打⾓。

电机控制采⽤ PID 控制,可以减⼩动态误差并且跟随性能较好。

当然也可以使⽤其他控制,很多⼈舵机采⽤P控制,电机采⽤PD或PI控制。

对⽐他们的优缺点⾃⼰选择适合⾃⼰⼩车的PID。

这⾥不进⾏深⼊讲解。

前⾯的⼯作完成后懂得基本的图像处理算法就差不多可以使⼩车跑起来了!要使⼩车跑起来其实不难的,很多初学者最希望的就是看⾃⼰的车跑起来,因为当初我也是这样的,很理解师弟师妹们此刻的想法!最基本的图像处理算法就是:图像中间往两边搜索⿊线注意:初学者在初学时不知道偏差是怎样计算的。

这⾥就提⼀下:偏差就是计算出的中线即图中赛道中的⿊线与摄像头所看到的中线即图中赛道中的竖直红线(例如采集到的图像是100列的,那么摄像头看到的中线就是50)做差得到的值就是偏差。

它表⽰车当前位置与期望位置的偏离程度。

再看个图吧:⽤两⾏来说明,其他的⼀样。

第⼀⾏左边坐标(0,1)右边坐标(0,99),得出的中线就是(0,50),那么50所在的那⼀列就是摄像头所看到的中线(就是图中竖直的红线)。

这⾥再提⼀下,很多⼈提出中线后发现上位机上或LCD上没显⽰出中线,其实显⽰出中线很简单的:根据RGB,⼀个像素点的像素值为255时显⽰出来的是⽩⾊,像素值为0时显⽰出来的是⿊⾊。

飞思卡尔智能车信息采集

飞思卡尔智能车信息采集

飞思卡尔智能车信息采集摘要本文首先对智能车的硬件进行设计,达到了低重心、大前瞻、高稳定性。

其次对系统的软件部分进行设计,利用阀值对赛道进行判断,从而得到智能车的偏航角。

综合偏航角控制量实现舵机控制,入弯道切内道,大大提高了智能车的弯道运行速度。

用光电编码盘检测智能车的运行速度,再根据赛道信息给定智能车的运行速度,运用一些算法调节驱动电机转速,实现了电机的快速响应。

经过大量测试,最终确定系统结构和各项控制参数。

关键词:单片机;舵机控制;速度控制【中图分类号】u293.2+50 引言智能车有着极为广泛的应用前景。

结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适巡航并把车开得开得又快又稳、安全可靠;汽车夜间行驶时,如果装上红外摄像头,就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶;他也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里,此外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。

在普通家庭轿车消费中,智能车的研发也是有价值的,比如雾天能见度差,人工驾驶经常发生碰撞,如果用上这种设备,激光雷达会自动探测前方的障碍物,电脑会控制车辆自动停下来撞车就不会发生了。

提高安全性和系统效率。

这种新型车辆控制方法的核心,就是实现车辆的智能化。

1 智能车机械结构设计机械结构是控制算法和软件程序的执行机构,对机械结构性能的了解和改造有利于对控制算法和软件程序的实现。

因此对车体机械结构的调整是非常必要的。

1.1 车体机械参数调整前轮参数的调整包括前轮主销后倾角,主销内倾角,前轮外倾角,前轮前束。

这几个参数对车体直线行驶的平稳性和转弯的灵活性有很重要的影响[1]。

1.2 舵机的安装舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节,在相同的舵机转向条件下,转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远,转向轮转向变化越快。

这样安装的优点是:改变了舵机的力臂,使转向更灵敏;舵机安装在正中央,使左右的转向基本一致;重心相对来说靠后,减轻舵机的负载[2]。

飞思卡尔智能车摄像头边线、黑线提取方法分析

飞思卡尔智能车摄像头边线、黑线提取方法分析

飞思卡尔智能车摄像头边线、黑线提取方法分析
下面看一下CCD的信号提取
这是摄像头提取到的信号,如此看来是可以用阈值取线的方法的
然而实际的情况是很糟糕的比如这样
等等,这样的请款都是阈值所不能解决的,但上面的图线的一个显著特点就是有一个很夸张的边缘,这是一个明显的不能再明显的信息
如图所示
蓝色是图线,红色是微分,如此看来特征是很夸张的,我们可以很好的加以利用了
如果我们在微分一下特征会不会更明显呢?
蓝色是原图想,红色是微分,黄色是微分后再微分,如此看来,再微分已经没有什么明显的效果了,还是一次微分比较的好,
现在理一下思路,
第一步取图像
第二步微分
第三步求绝对值
第四步把一些小的值去掉
对于这样的东西我们就很很很容易处理了
但是我们还要注意这样的情况
即便是去掉了一些很小的信号但是还有一些稍大一点的信号这是值得关注的事情
注意:如果是线性ccd的话灰度值的平均水平有时会很低,为了好看可以采用软件放大的做法,个人认为加运放的效果不好,软件放大还可以加入一些智能的判断和操作,12位的AD转换进度完全够用,图像处理其实八位就完全够用啦。

飞思卡尔智能车电磁组分区算法介绍

飞思卡尔智能车电磁组分区算法介绍

飞思卡尔智能车电磁组分区算法介绍写在之前的话:1、⽬前我是⼀名在校学⽣,这也是我第⼀次写博客,不周之处,请多谅解;2、此算法并⾮原创,借鉴⾃⼭东德州学院第⼋届⽩杨队(PS:个⼈看法,对于⼀些⼈把别⼈的开源东西改头换⾯⼀下就说是⾃⼰的原创⾏为⼗分鄙视);3、对于此算法的理解和说明并⾮纸上谈兵,算法已经被我运⽤到了⼩车⽐赛中并取得好的成绩(具体就不多说了,⽐赛时车莫名其妙坏了,⽐赛前调试的速度绝对能进国赛,⽐较遗憾),总之这算法是我尝试过的最好的算法;4、这⼀次所介绍的只是路径算法和⼀些知识普及,后⾯有时间会介绍其余部分算法及许多好的思路(舵机电机控制思路(不只是简单的PID),双车策略);5、希望对于这⽅⾯有涉及的⼈能与我联系并交流或指出不⾜之处。

---------------------------------------------------------------分割线-----------------------------------------------------------------------------⼀、没有这⽅⾯了解的可以看看 飞思卡尔智能车分为三组:摄像头、光电、电磁,我做的是电磁车,三种车队区别在于传感器的不同,所以获得路径信息的⽅法也不⼀样,摄像头和光电识别的是赛道上的⿊线(⽩底赛道),⽽电磁车则是检测埋在赛道下的通⼊100mh电流的漆包线,摄像头和光电采⽤的是摄像头和ccd作为传感器,电磁则是⽤电感放在漆包线周围,则电感上就会产⽣感应电动势,且感应电动势的⼤⼩于通过线圈回路的磁通量成正⽐,⼜因为漆包线周围的磁感应强度不同,因此不同位置的电感的感应电动势就不同,因此就可以去确定电感位置;因此在车⼦前⾯设置了50cm的前瞻,电感布局如下(怎么发不了图⽚):分为两排,前排3个,编号0,1,2(前期还加了两个竖直电感⽤来帮助过直⾓弯,后来改为了⼋字电感);后排2个,编号3,4;现在车⼦获得了不同位置的感应电动势的⼤⼩了,但这些值是不能处理的:1、感应电动势太微弱;2、是模拟信号,信号太微弱就放⼤它;这就涉及到模拟电路的知识了,就不多说了(因为要把这讲完到PCB绘制的篇幅就⾜够写另开⼀号专门写这些⽅⾯来(PS:题外话(我的题外话⽐较多)):放⼤部分外围你设计的再好也抵不过⼀个更好的芯⽚,有两个例⼦,⼀个是我⾃⼰的:之前⽤的是NE5532,但是效果不理想,加了好多什么滤波,补偿,都⽤上,没⽤,软件⾥处理后⾯再说,后来⼀狠⼼换了AD620,感觉像是春天来了,因为它是仪⽤放⼤器,还有就是贵。

智能车无线实时数据采集系统

智能车无线实时数据采集系统

智能车无线实时数据采集系统飞思卡尔智能车设计大赛是全国170余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。

飞思卡尔智能车大赛提出制作一个能够自主识别道路的模型汽车,按照规定路线行进,以完成时间最短者为优胜。

在制作和调试智能车关键的过程中,需要动态地跟踪赛车的各种参数并实时地传输给上位机。

最佳的选择是采用无线传输数据给上位机,可见能够制作出无线实时数据采集系统是取得优异比赛成绩的关键。

标签:飞思卡尔智能车;无线通信;上位机飞思卡尔智能车大赛提出制作一个能够自主识别道路的模型汽车,按照规定路线行进,以完成时间最短者为优胜。

在调试智能车关键的过程中,要使用算法对智能车的方向和速度进行控制,选择最佳算法是取胜的关键。

比较和分析各种算法的优劣,需要动态地跟踪赛车的各种参数并实时地传输给上位机。

在不妨碍赛车运行的情况下,最佳的选择是采用无线的方式发送数据给上位机,由上位机进行保存和处理,这方便我们进行实时地观看跟踪。

在2014年飛思卡尔智能车第九届比赛中,有很多赛车冲出赛道而无法取得比赛成绩,分析赛车采集到的赛道信息和智能车控制算法的缺陷是解决赛车冲出赛道的唯一途径。

要分析智能车采集到的大量赛道信息,由于BDM在线调试存在不足和不便之处,高速率数据传输的无线上位机几乎是唯一的选择。

能够制作出高速率数据传输的无线上位机是取得优异比赛成绩的关键。

1 无线上位机的选材采用的通信模块是XL24LD01无线收发模块。

XL24LD01是挪威NORDIC 公司推出的一款高性能 2.4G无线收发IC模块,采用GFSK调制,工作在2400-2483M的国际通用ISM 频段,最高数据速率可达2Mbps。

XL24L01-D01集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分,如:自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等,模块的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机的I/O口进行模拟,内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口,便于使用低成本单片机。

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