《大学生智能汽车设计》整本书的课件 第6章

第6章 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

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。武汉科技大学信息科学与工程学院

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 舵机的安装图武汉科技大学信息科学与工程

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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 测速传感器的安装武汉科技大学信息科学与工程学院

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武汉科技大学信息科学与工程学院

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 系统硬件结构图武汉科技大学信息科学与工程学院

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单片机引脚图武汉科技大学信息科学与工程学院

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。武汉科技大学信息科学与工程学院