第6章 智能汽车设计实践_光电管型设计

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。