第一篇：飞思卡尔直立车经验总结

飞思卡尔直立车经验总结

1.车模运动任务分解：车模平衡、车模速度、车模方向。其中，车模的平衡是通过电机的正反向运动实现的；车模的速度是通过控制电机的转速（实质是通过输出不同占空比的PWM波来实现的）；车模的方向控制则是通过电机的转动差速来实现的。其中，车模的直立控制是关键，车模的速度控制在小车上表现为调节自身车模倾角达到以给定速度运行的目的。归根结底，车模的三种控制最终都要回归到通过调节PWM波分别控制两个电机的转速来实现。

2.陀螺仪和加速度计的安装问题：两传感器最好安装在车模中心或偏下位置，稍微偏上或偏一侧也可以，偏一侧的话会使方向陀螺仪在左右转向时输出有差异，造成不对称的输出，对于车模的方向调节会有一定的影响。另外需要注意：陀螺仪输出的模拟电压值很小，一般需要放大10倍左右，而加速度计的输出相对陀螺仪而言较大，并且也符合AD转换的模拟电压的范围，无需再放大。由于购买的陀螺仪和加速度计模块都是厂家集成处理好的，外接的放大电路已经连接好了，故只需买现成的模块使用就行了，无需再自个搭建陀螺仪的外接放大电路了。

3.陀螺仪和加速度计的功能：陀螺仪是用来测量车模的角加速度的，其输出是与车模前倾或后仰的角速度成正比的模拟电压值。加速度计是用来测量车模倾角的，其输出是与车模倾斜角度成正比的模拟电压值。注意，两个传感器的输出的模拟电压值都是正值，如果使用12位的AD转换精度，那么它们输出的电压值都在0~4095之间，且都是整数。

4.车模的三种控制之间的关系：由于车模的直立控制是关键，因此，在控制其他两个量时，应尽量减少对车模直立控制的干扰。三种控制最终都是通过控制车模的两个电机来实现，故它们之间存在着一定的联系。在分析一种控制时，可以先假设另外两种控制都以达到平衡。从控制的角度看，车模作为一个控制对象，其控制输入量是两个电机的转动速度。

5.传感器极性问题：传感器安装在车模的前面或后面（在同一面正着按或反着按）时车模前倾或后仰对应的模拟电压值可能会相反，这就是传感器的极性问题。比如在车模的转向控制中使用的车模转向陀螺仪的Z轴朝上与朝下，对应的车模转向角速度的极性恰相反，从而影响车模方向控制微分控制量与比例控制量之间的加减关系。测量车模倾角的陀螺仪应该水平安装（必须注意），而测量车模转向的陀螺仪则应该竖直安装。车模在转弯时既有平动又有转动，如果陀螺仪安装的不水平，就会在Z轴方向存在一个分量，该分量可能正也可能负，从而使车模控制仿佛感觉是在上下坡，引起车模的加减速运动。

6.电机控制的注意事项：对电机的控制要有一个过渡阶段，不能一下子使其电压从正变为负，否则输出电流变化太大对电机不利。另外也要注意电机的死区电压（在0的正负附近区域内）。电机控制中的PWM波的占空比值总是正的，最小为0.7.软件部分说明：由于牵涉到车模的直立控制，算法的实现对时间要求较为苛刻，可用定时中断实现相应的控制，但应注意每一步的用时都不应超过定时周期的最小划分时间（如果是1ms定时，就不能超过1ms）。为了达到平滑控制的目的，可以将速度控制划分在20*5的控制周期内来实现。算法的优化有时候也很重要，注意编程时的灵活性。

8.传感器采集信息的处理：模拟量的采集的处理方法是多次采集求均值作为最终有效值，有时还要舍去前面刚上电时的几个坏值。对采集回来的模拟电压值要做单位的统一，故需要经过一定的系数的乘除的转换才行。

9.直立控制中涉及到的几个待定参数：车模的角度补偿时间常数Tz（Tg）、陀螺仪比例系数Rgyro、加速度计比例系数Rz、直立陀螺仪的零偏值GyroZeroOffset_stand、方向陀螺仪的零偏值GyroZeroOffset_direction、加速度计的零偏值AccZeroOffset、加速度计的最大值ACC_MAX、最小值ACC_MIN、角度PID参数的P值和D值、速度PID参数的P值和I值、方向PID参数的P值和D值以及电机的死区电压（也可以不管）等。建议以上各参数尽量都使用动态测量值，比如零偏值可以采用在当前环境下实时采集的值作为有效零偏值，这比预先在一种环境下采集好，到另一种环境下使用效果好，因为可以有效地抑制陀螺仪的温漂所带来的影响。

10.角度补偿时间常数Tz的整定：该参数决定了抑制陀螺仪积分漂移的能力，也决定了车模速度控制中角度跟踪的速度，同时决定了抑制重力加速度中干扰信号的能力。该参数的调整会同时影响到角度和速度的控制，其中对角度的影响较为显著。一般取Tz在1~4之间的某个数值（可以是小数），最好取得稍微大一点，开始时可以取3~4秒左右。如果陀螺仪零点漂移很小，可以适当增加该补偿时间常数；如果陀螺仪零点漂移大，那么可以逐步减小这个补偿时间常数。在减小时间补偿常数时，会发现车模会出现来回摆动的现象。这个现象和车模角度控制时，比例值过大时产生的车模摆动现象一致。故此时可以适当增加角度控制参数中微分参数D来抑制车模摆动的现象。其他参数的整定见官方方案及视频。

11.程序中变量的管理：全局变量的定义形式为：g_fGyroscopeAngleSpeed（陀螺仪角速度变量），打头的g表示global，全局的意思；下划线后面的f表示float，单精度浮点型数据，后面的即为要定义的变量，使用英文定义，简单、易读。其中f可以换成c：char，n：int，lf：double，ln：long int。12.关于滤波的研究：传感器采集回来的模拟电压值总会掺杂很多干扰信号，为了滤除这些干扰必须进行合理的滤波处理。滤波可以采用软件滤波和硬件滤波。两种滤波方法各有优劣，但我们一般采用软件滤波。软件滤波常用的有互补滤波和卡尔曼滤波。互补滤波的效果不及卡尔曼滤波，但对于车模的直立控制已经足够，为取得更好地滤波效果可以对卡尔曼滤波进行研究。看懂理论不难，关键是如何用程序去实现，这才是关键。

13.角度和速度PID参数正定的说明：角度调节：先调P后调D，P值过大，车模震荡，此时增加D值，D过大，车模高频抖动，此时再增加P值。P参数相当于倒立摆的回复力，这个参数必须大于重力加速度g的等效数值时车模才能够保持直立。微分参数D相当于阻尼力，它会使车模尽快恢复稳定，保持静止。速度调节：先调I后调P，I参数可以加快调速速度，过大则会造成车模的震荡，车模来回摆动，此时增加P值，P过大车模前后震荡。P参数的作用是抑制速度调节过程中的过冲，该参数过大会反过来削弱角度调节的P参数的作用。车模的各个参数分别整定完毕后，在车模进入赛道运行时有可能还要调节个别参数以使车模运行的效果更佳。

14.硬件部分介绍：硬件部分主要分为三个模块：电源模块、驱动模块、控制模块（主板部分<最小系统>）。设计电路时一定要考虑共地问题，设计的电路板必须要做到所有的元器件的参考地是同一个地。最好为每一个模块设计一个开关，并配上指示灯。电路结构尽量精巧紧凑，充分利用空间。尽量减少杜邦线的使用，避免车模连线的复杂性。 感悟：做一辆精致漂亮的小车是一门艺术，所以一开始就要为它的结构布局做好考虑，美的东西自己也

会喜欢，做工粗糙、瑕疵就会影响小车的整体美感，这无形中也影响到了自己对待所做小车的态度。车模的制作

过程喜悦与失落交替，但每个问题的解决都在证明着你的进步，你在收获。做自己喜欢的，喜欢自己做的。

奋斗吧，骚年！

第二篇：飞思卡尔智能车比赛个人经验总结

先静下心来看几篇技术报告，可以是几个人一起看，边看边讨论，大致了解智能车制作的过程及所要完成的任务。

看完报告之后，对智能车也有了大概的了解，其实总结起来，要完成的任务也很简单，即输入模块——控制——输出。

（1）输入模块：各种传感器（光电，电磁，摄像头），原理不同，但功能都一样，都是用来采集赛道的信息。这里面就包含各种传感器的原理，选用，传感器电路的连接，还有传感器的安装、传感器的抗干扰等等需要大家去解决的问题。

（2）控制模块：传感器得到了我们想要的信息，进行相应的AD转换后，就把它输入到单片机中，单片机负责对信息的处理，如除噪，筛选合适的点等等，然后对不同的赛道信息做出相应的控制，这也是智能车制作过程中最为艰难的过程，要想出一个可行而又高效的算法，确实不是一件容易的事。这里面就涉及到单片机的知识、C语言知识和一定的控制算法，有时为了更直观地动态控制，还得加入串口发送和接收程序等等。

（3）输出模块：好的算法，只有通过实验证明才能算是真正的好算法。经过分析控制，单片机做出了相应的判断，就得把控制信号输出给电机（控制速度）和舵机（控制方向），所以就得对电机和舵机模块进行学习和掌握，还有实现精确有效地控制，又得加入闭环控制，PID算法。

明确了任务后，也有了较为清晰的控制思路，接下来就着手弄懂每一个模块。虽然看似简单，但实现起来非常得不容易，这里面要求掌握电路的知识，基本的机械硬件结构知识和单片机、编程等计算机知识。最最困难的是，在做的过程中会遇到很多想得到以及想不到的事情发生，一定得细心地发现问题，并想办法解决这些问题。

兴趣是首要的，除此之外，一定要花充足的时间和精力在上面，毕竟，有付出就会有收获，最后要明确分工和规划好进度。

第三篇：飞思卡尔智能车总结

关于飞思卡尔智能车寻迹

飞思卡尔智能车竞赛是飞思卡尔公司赞助的由全国本科院校共同参与的一项大学生科技竞赛。今年安徽省作为第一届省级赛区，很荣幸我们专科院校也有机会共同参与。因为专业知识的匹配我们系在我们专业选拔了一些同学，我很高兴能和我的队员们并肩作战。由于我们学校是第一参加一点经验都没有，指导老师也是和我们一步步探索。我们这次使用B型车做的是光电寻迹。根据需要老师把这次任务划分为几个模块（寻迹模块、电源模块、驱动模块、测速模块）我的任务是做好寻迹模块。刚开始对于黑白寻迹，我唯一的感觉就是“神奇”。后来查阅资料，通过老师的讲解，知道了它的寻迹原理。所谓的寻迹就是根据黑白颜色的反光程度不一样（白色全部反射，黑色全部吸收），来判别黑白线。

对于我们来说没有学过传感器的知识，在这方面还是有点含糊，所以自己专门花了一段时间来学习传感器，通过自己的学习懂得了传感器在电路中的作用。之后的一段时间就是对材料的选取，市场上的光电管品类繁多，每个学校用的也不一样，我们要的是一款适合自己车的光电管，刚开始我在网上找了一些电路图，并在南京买进了一些光电管，焊接好电路候发现跟本没有达到自己想要的那种结果，之前一直以为是光电管的原因，后来又把光电发射与接受一体管改上去还是不行。那段时间一直耗在那个电路上停滞不前，一直想不通是什么原因。也许是灵感的，也许是出于好玩我改变了和接收管串联的电阻阻值（把

原

来的10K

改

为

100K）得到了意想不到的效果——在不加套管的情况下接收距离提高到了十几厘米。但是对于这样的结果还是有些不理想因为为防止光电管之间互相的影响每个光电管得加上套管，在这种情况下我们买的光电管达不到要求。通过上网查询，翻阅资料，和一次次的实验我们最后选用了合肥一家的光电管（型号）。在这里我想说的是别人的经验可以做参考但是不一定能做为自己的，就像我前面选择光电管的电路图，那也许对有些场合适用。作为探索阶段一步步的实验永远是最关键的。

选好光电管之后就是焊接电路，通过借鉴其他学校的经验，我们的初定方案是用14对光电管。由于条件的限制我们采用的是普通的面包板焊接电路，普通的板子最大的缺点就是长度和宽度不够，而且布局也不自由，通过决定我们用两块板子拼接在一起，多用外接电路线来搭接电路。因为我们学校提倡的是动手能力，焊接这样普通的板子我们每个同学都能很好的完成，唯一的区别就是走线比较多那就要看每个人设计和审美观。

把板子焊好后我制作的硬件就告一段落。

第四篇：飞思卡尔智能车获奖感言

脚踏实地 艰苦风斗

我有幸能够参加 202_年全国点学生飞思卡尔智能车竞赛，在这次竞赛中我们学到了很多，有专业方面的知识，比如单片机，各类传感器，不同芯片间的通信等等，也学会了一些书本上没有的东西，比如团队合作，如何网上购买到好的元器件，如何布局 PCB 板上各个元器件的位置等。

为了这次比赛，学校提前好久就开始准备了。只是我们的课程比较多，平时去实验室的机会不是很多，为此我们也很伤脑筋。终于等到寒假了，我们几个全身心的投入到这次比赛的准备中。每天早上起来买点早餐就直奔实验室，白天动手做下硬件，晚上回到宿舍在就看下理论，联系编程。这样的日子我们一点都没有感觉到累，每天都希望自己会学到更懂得东西，好似饿了许久的动物，得到了食物一般。每天感觉都那么充实，想想大学里前两年学到的东西还没有那个寒假学到的东西多。

寒假里我们把历届的技术报告都看了看，这期间学到不少东西，尤其是对各类元器件的认识及使用。真是受益匪浅。

接下来就是一些以前失败的经验，希望能有所参考。

比赛前在不注重实际赛道和自己练习赛道的区别，赛道一变，以前调试的结果都将无效。所以，谨记一点，一定要吧硬件做好，比赛前一定好好利用好试车时间，多注意自己的赛道和比赛的赛道的区别，注意摩擦程度，光线的亮暗，空气的潮湿程度等。

其次是传感器的安装，这次我们选用的是激光做传感器。这个传感器相比其它传感器有很多优点，比光电的射的远，而且稳定性高，但是激光的很贵，所以提前一定要看好电路图，安装一定要够稳固，不然后期传感器坏起来就头疼了。我们以前有好多关键时刻传感器出问题失败的例子，不胜枚举，经验惨痛。如果安装不好，系统不够稳定，导致在比赛失败，而且平时调试浪费了好多宝贵的调试时间。这一点，谨记，硬件固定一定要牢固。

其次是装配，各个模块间的连接线固定不牢靠。使得导线接触不良，导致小车参赛时好几次冲出跑道（其中一个传感器的输入信号接触不良造成的）。所以千万别忽略细节，各个连接一定要注意稳固。

其次是我们编程能力，一定要狠练习编程能力，定这样可以大大节省时间，提高效率，以前经常有编程不熟练，到这小车出现各种状况都不知道是什么导致的，定时器，计数器的使用不够熟练，浪费了好多时间。

团队间成员不够信任，不能完全信任对。当出现问题时，做硬件的怀疑软件，做软件的怀疑硬件问题。所以队员之间的团结问题一定哟啊解决好，不然只能让人停止不前。

以上是一些经验教训，以下是一些感想。

参与这次飞思卡尔智能车竞赛，是我的荣幸同时我也感觉有很多收获。我感觉最基本的电路知识和模电知识非常重要，控制原理，和单片机知识更是关键，原来好多东西学过了，都只当做书本知识来记，根本没想过如何应用，然而实际工程中真正碰到了才明白原来当初学这东西是这么个作用。比如PID整定，比如模电中三极管的应用和运放的应用，都很有用。

经历了这次飞思卡尔智能车竞赛我觉得经验很重要，许多电路不管简单还是复杂，第一次搭建、调试的时候总是让人相当恼火，但是有过一次经验就好了，以后再碰到类似的情况就熟练得多。有许多小车的问题，比如突然跑偏，或者弯道跑出，都需要一定的经验，在比赛中出现类似的问题都能够及时快速的解决。

在小车运行的过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的算法可以行得通，但实际接上电，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。常常会面对一个算法一头雾水无从下手，别急，要有耐心，多想多问。好多问题你没遇到过就根本搞不明白怎么回事，但是一旦懂了，它就变得很简单，从此再也不会找你麻烦。

多动手多试也很重要，不要只对着图纸或者资料上的电路和算法看，好多算法要亲自调试一遍才弄得懂。正所谓实践出真知，怕麻烦是不可取的，多动手多实践，理论与实践相结合，做得多了经验就多了。

在刘沛老师的具体指导下，整个飞思卡尔智能车竞赛有条不紊、循序渐进的进行，无论哪个阶段，我们都有所收获、有所长进。期间我们遇到过挫折，遇到过麻烦，因为某些外因而使创新进程延误过，但我们不畏困难，及时的纠正错误，调整策略，严格保证飞思卡尔智能车竞赛的科学有序进行。整个活动下来，我感触颇深，经历了很多，也学到了好多。

只有竭力全力，才能更接近完美。这次飞思卡尔智能车竞赛，渗透了我们这个团队每一位成员的心血。无论是前期准备，还是后期实施，每个环节我们都竭尽所能，通过各种渠道，利用各路资源，使整个飞思卡尔智能车更加完善。

只有相互协作，才能齐力断金。合理分工，团结一心是提高效率，完成共同目标的关键。在我们的分工协作下，这些不同模块的设计，我们既有合作又有分工，总的来说进行的还是比较顺利。在其中学习到了很多东西，不仅是学习方面的还有做人，人生方面的知识。在这期间的收获让我终生难忘。

只有用心沟通，才能有所收获。热情是敞开心扉的钥匙，真诚是促进沟通的法宝。我们本次飞思卡尔智能车竞赛得到了学校各方面的大力支持，得到了很多认识的不认识的老师全力配合。我们得到的不仅仅是实验室的先进设备还有实验室便利的实验条件，在这里一一向他们表示感谢。没有他们的帮助我们不可能这么顺利的进行我们的飞思卡尔智能车竞赛。

在本次飞思卡尔智能车竞赛中切实让我感受到实践是学生学习知识，运用知识的最好途径。亲身实践也增强了我们认识问题、分析问题、解决问题的能力。谁说年少轻狂的我们经受不住风雨的洗礼？谁说象牙塔里的我们两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书？走出校园，踏上社会，我们一定能为自己的未来书写一份满意的答卷。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次比赛，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。我想说，这次智能车竞赛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；于是我们决定沿着自己的路执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人并且个人也离不开团队，因此我们必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败，只有一个人知道原理是远远不够，必须让团队内所有成员都知道，否则一个人的错误就有可能导致整个飞思卡尔智能车竞赛的失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证，而这次飞思卡尔智能车竞赛也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的经验将知道我们以后的道路走的更顺利。

这次飞思卡尔智能车竞赛终于顺利完成了，在这其中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位学校老师再次表示忠心的感谢！

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次飞思卡尔智能车竞赛必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

第五篇：飞思卡尔智能车邀请赛毕业论文

“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛

作 者专业班级学 号成 绩指导教师——技术报告

中国·北京

二○ 年 月

目录

目录................................................................................................................................................2

摘 要..........................................................................................................................................3 关键词.........................................................................................................................................3 1.引言.......................................................................................................................................3 1.赛事介绍............................................................................................................................4 1.方案介绍............................................................................................................................4 1.技术报告内容安排............................................................................................................4 2.技术方案概要说明...................................................................................................................4 3.机械设计.................................................................................................................................5 3.1

PCB板的安装....................................................................................................................5 3.2

前轮参数调整....................................................................................................................5 3.3

舵机的升高方案................................................................................................................6 3.齿轮传动机构调整............................................................................................................6 3.速度传感器的安装固定....................................................................................................6 3.6.后轮差速机构调整...........................................................................................................6 4.结论..........................................................................................................................................7 4.1

本系统的所具有的特点....................................................................................................7 4.2

本系统存在的问题............................................................................................................7

摘 要

（选题动机）曾获三等奖比赛项目。

（中心思想）飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛是。

（段落大意）本文主要介绍了第六届Feeescale智能车大赛过程的工作成果。只能车得硬件采用带MC9S12DPS512处理器的S12环境，软件

平台为CodeWarrior IDE 4.6开发环境，车模采用大赛组委会统一提供的1：10 的仿真车模。文中介绍了智能小车控制系统的软硬件结构和开发流程。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，试验了多套方案，并进行升级，结合Labview 仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。

关键词

智能车；激光管；PID控制；舵机

1.引言

1.1

赛事介绍

“飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。参赛选手须使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，推荐采用飞思卡尔16控制器MC9S12DG128作为核心控制单元，自主构思控传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加场地比赛。参赛队伍之名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及制作工程质量评分为辅来决定，车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和400mm长，高度无限制，跑道宽度不小于600mm，跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm，并且跑道有坡道。

1.2

方案介绍

在方案设计的过程中，我们参阅了很多兄弟院校的往届大赛技术报告，但是，基于本次大赛的比赛要求，即车跑两圈中只要有一圈结束后停车便算入成绩，所以我们采取跑一圈停车的策略。由车手根据车跑第一圈的状况，通过按键，适当改变参数。这样便舍弃了风险性很大的记忆算法。对于LED组来说，提高小车的速度和稳定性，其实际问题是如何更早且更好的提取到赛道信息。所以我们采取的策略是激光传感器加人工调参，共同实现我们的目标。这样不仅可以提高赛车的前瞻性，使赛车的稳定性提高。而且可以在第二圈中，对赛车状态进行人工校正，提高成绩。

1.3

技术报告内容安排

本技术报告的正文分为四个部分。第一部分是对整个系统实现方法的一个概要说明，主要内容是对整个技术方案的概述；第二部分是对系统机械结构的说明，主要介绍系PCB板的固定和安装、前轮参数调整和舵机的升高等；第三部分是对硬件电路设计的说明，主要介绍系统传感器的设计及其他硬件电路的设计原理、创新点和实现过程等；第四部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是智能模型车设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。

2.技术方案概要说明

本模型车的制作的主要思路是利用激光管来判别前方的跑道轨迹，并将信息采集到S12单片机中。在S12单片机中利用一定的算法来控制模型车的运行状态。

模型车的控制系统包括电源管理模块、MCU模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、转速测量模块、按键控制模块、无线串口传送模块等。在整个系统中，由电源管理模块实现对

其他各模块的电源管理。其中，对单片机、激光管、测速电路、按键电路提供5V电压，对舵机提供6V电压，对无线串口提供12V电压。

本模型车是由后轮驱动的，路径识别模块则采用激光管传感器寻迹方案。即路径识别电路由12对光电发送与接收管组成。由于赛道中存在轨迹指示黑线，落在黑线区域内的光电接收管接收到反射的光线的强度与白色的赛道不同，进而在光电接收管两端产生不同的电压值，由此判断行车的方向。路径识别模块会将当前采集到的一组电压值传递给MCU模块。转速测量模块则安装在车尾部，它会测量出模型车行驶过程中的瞬时速度。按键控制模块会设定模型车在行驶过程中一些较重要的参数，如：直道速度、弯道速度等。测量出的瞬时速度将输入到单片机中，以帮助分析确定模型车下一步的速度、转角等。无线串口传送模块会同LABVIEW显示传感器检测值和模型车的速度等参数，以方便对整车进行调试。MCU模块会根据按键的设定值，路径识别模块采集到的电压值以及转速测量模块反馈回的瞬时速度值等综合分析，采用一定的算法对舵机和直流电机进行控制。以上即是技术方案的概要说明。

3.机械设计

本模型车机械设计的部分主要包括，PCB板的固定与安装、前轮参数调整和舵机的升高

3.1

PCB板的安装

对本模型车的信号采集电路，我们设计了一块PCB板。PCB板安装在模型车的前方。综合考虑激光管的探测距离、模型车的行驶速度以及更好的配合软件的控制算法，我们将光电传感器信号采集电路的PCB板安装在距舵机的距离为8cm,距路面的距离为12cm的位置。PCB板上均匀分布了12对光电发射管和接收管。

此外，我们还设计了另两块PCB板。一块上面包含了电源管理模块电路，另一块包含直流电机驱动电路。在组装过程中，我们利用原有的模型车后部原有的两个支架和两个承接螺钉将其固定在车模的后部。其固定的位置离地的高度为6.5cm。在其下方，放置着模型车的电池。在车中央，则固定着S12模块。

3.2

前轮参数调整

调试中发现，在赛车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。

前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。

1、主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。

2、主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。

3、主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。

4、前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右。

5、所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。

经过与赛道的磨合，本队智能车前轮角度调整为前轮外倾角为-3°，其他皆为0°。

3.3

舵机的升高方案

为了提高舵机的响应速度，可以考虑延长舵机的摆臂。在正常情况下，车轮从最左侧转到最右侧，舵机需要转动50。而将摆臂伸长之后，车轮从最左侧转到最右侧，舵机只需要转动30。从理论上讲，这样可以在舵机性能一定的情况下，提高车轮转向的响应速度。本队摆臂长为4.5cm。

舵机升高之后，直线行驶状态下的车轮定位参数尤其是前束值会发生变化，这时需要稍微调整两根转向拉杆的长度，将前束值调整至合理的范围内。摆臂加长后，舵机空程会明显，但是差别不大，通过程序微调舵机最大转角能够休整，所以可以忽略。

3.4

齿轮传动机构调整

赛车后轮采用RS-380SH-4045 电机驱动，由竞赛主办方提供。电机轴与后轮轴之间的传动比为 9：38（电机轴齿轮齿数为18，后轮轴传动轮齿数为76）。齿轮传动机构对赛车的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，从而影响到最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，白白浪费动力;传动部分要轻松、顺畅，容易转动，不能有卡住或迟滞现象.判断齿轮传动是否调整好的一个依据是,听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载加大。调整好的齿轮传动噪音小，并且不会有碰撞类的杂音。

3.5

速度传感器的安装固定

将一个半径略比电机齿轮半径较大的机械鼠标齿轮贴在电机齿轮上，随电机一起转动。同时，将JK122固定于后轮电机的支架上，能够使机械齿轮穿过JK122。这样，车轮每转动一齿，传感器都会检测到黑线一次，向MCU输出脉冲一次。它被安装在了车的尾部。安装过程中，我们用了两颗螺钉将其固定在了模型车尾部的底架上。

随着齿轮转动时，光电管接收到的交替变化的高低电脉冲。设置S12 的ECT 模块，同时捕捉光电管输出的电脉冲的上升沿和下降沿。通过累计一定时间内的脉冲数，或者记录相邻脉冲的间隔时间，可以得到和速度等价的参数值。我们已知：轮胎一圈周长为16.7cm。设齿轮上共有e 个孔，即轮胎转动一圈将引起e 个脉冲数累积。假设对脉冲数累积的时间为t，在这段时间内共获取了n 个脉冲数累积。则赛车速度为： 公式1： V=16.7（N/e）* T 3.6.后轮差速机构调整

差速机构的作用是在赛车转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。

此次所使用赛车配备的是后轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速

越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高‧以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响赛车的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。

4.结论

4.1

本系统的所具有的特点

设计制作过程当中，通过小组成员的努力思考与探索，同时结合韩国以往比赛中的优点，我们在以下几个方面引入了自己的设计特色：

1、鉴于路径识别模块的性能对整个系统运行的重要作用，本系统采用了激光管的路径识别方案，大大提高了系统识别路径的精度。

2、在本系统中，巧妙地使用机械鼠标齿轮结合GK122构成速度检测模块，在保证足够的测量精度的同时，大大减轻了系统的重量和成本。

3、另外制作了用于调试的控制器，该控制器用于赛车调试过程中的参数修正与显示，正式比赛时并不存在于系统中。这样在遵守规则的情况下，大大方便了调试过程。

4、在机械上精心设计，加高了舵机的位置，提高了舵机地响应时间，实现了模块化的电路设计，在重心的调节上更加方便。

4.2

本系统存在的问题

尽管我们作了很大的努力，但是由于时间紧迫以及缺乏经验等原因，本系统仍然存在着一些问题，主要有以下几点：

1、比赛规则对改装后的赛车的尺寸作了严格要求，在满足要求安装路径识别模块时，其视场宽度和前瞻距离都比预期减小，受到了限制。

2、赛车底盘以及速度检测装置的机械安装部分为人工完成，没有使用精密的检测仪器辅助安装，安装精度受限。

3、系统控制算法采用经典的PID算法。可以考虑更加高级的控制算法以改进系统性能。对于一些先进的控制方法没有做到深入的研究。

4、由于车辆的模块化电路管理，在小车上出现连线过多，电路不够整洁的情况。

5、车头的传感器有点靠前，使车辆的重心前移，在转向的过程中没有理想中轻盈。

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