智能汽车设计实践_光电管型设计
第6章 智能汽车设计实践—— 光电管型设计
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第6章 智能汽车设计实践——光电管型设计
1
6.1
机械设计
2
6.2
硬件设计
3
6.3
软件设计
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6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3
机械设计
光电管传感器的布局 舵机的安装测速传感器的安装
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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
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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。
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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
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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6.2 “八”字形布局
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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
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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,特别是对于前瞻不够远的 智能小车更是如此。
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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
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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
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6.2
硬件设计
6.2.1 HCS12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 直流驱动电机控制单元
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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
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6.2.1 HCS12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。
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6.2.1 HCS12控制核心 MC9S12DG12B单片机引脚图如图6.7所示。
图6.7 MC9S12DG12B单片机引脚图
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6.2.1 HCS12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)。 – 在连续路径识别算法中,PAD口用于传感区光电接收管电 压信号的输入口。