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飞思卡尔智能车制作全过程(转贴) (本人在很久以前做的一辆用来比赛的智能车--获得华北一等奖,全国二等奖,有许多可改进地方.) 下面我们来立即开始我们的智能车之旅: 首先,一个系统中,传感器至关重要. "不管你的CPU的速度如何的快,通信机制如何的优越,系统的精度永远无法超越传感器的精度" .是的,在这个系统中,传感器的精度,其准确性就显得至关重要.如果你问我传感器的电路,呵呵,我早就和大家分享了,在我发表的日志中,有一篇<<基于反射式距离传感器>>的文章就详细的说明了传感器的硬件电路以及可以采取的信号采样方式. 传感器安装成一排,如上面排列.(就是个一字排列,没有什么特别) 接下来,看看我们如何处理传感器得到的信息: 大家看到了.结构很简单,我们已经搞定了传感器通路.下面我们来看看多机的控制方面的问题: 其实,不管是便宜还是比较贵的舵机,都是一样的用法.舵机的特点就是不同的占空比方波就对应着舵机的不同转角.当然不同的舵机有不同的频率要求.比如我用的这个舵机:方波频率50HZ.怎么改变占空比?这个不就是PWM模块的功能嘛.PWM模块可以输出任意占空比的方波.只要你控制其中的占空比寄存器,就可以直接控制舵机的转角.你只要将传感器的状态和这个占空比对应上,不就OK了?就这么简单,做到这里,你就可以让你的车在跑道上跑了! 接下来,我们的工作是让智能车更加完善:速度要稳定. 在当前的系统结构中,要使一个系统更稳定更可靠,闭环系统是一个选择.(如果你不知道什么是闭环系统,可以参照我的文章里面的一篇"基于单片机的PID电机调速"),既然是一个闭环系统,速度传感器是必不可少的,用什么样的传感器做为速度反馈呢: 仔细看,和后轮之间有一条皮带的这个貌似电机的东西,就是我的速度传感器,它的学名叫"旋转编码器".这个器件的特点就是:每转一圈,就会从输出端输出一定的脉冲,比如我这个旋转编码器是500线的,就是转一圈输出500个脉冲.因此,我只要在单位时间内计数输出端输出的脉冲数,我就可以计算出车辆的速度.显然,这个速度可以用来作为PID速度调节的反馈. 现在有了反馈,我们需要的是调节智能车驱动电机的速度了,如何来调速,就成了必须解决的问题了.我用的是驱动芯片MC33886. 其实,这个芯片就是一个功率放大的模块.我们知道,单片机输出的PWM信号还是TTL信号,是不能直接用来驱动电机的.非要通过功率模块的放大不可.这个道理其实很简单,就像上次我给大家画的哪个电子琴电路的放大电路一样: 看上面的那个三极管,就是将TTL电路的电流放大,才能够来驱动蜂鸣器.其实这里的这个MC33886就是这样的一个作用.而且我们自己也完全可以用三极管自己搭建一个这样的功率放大电路,当然,驱动能力肯定不如这里的这个MC33886(如我们用三极管就搭建了超过MC33886的电路,摩托罗拉就不会卖几十块钱一个了.呵呵.)知道了这个MC33886的工作原理,就好说了,一句话,通过PWM来调节电机的速度.当方波中高电平占的比例大,电机的平均电压肯定高,转速肯定快.也就是说,PWM的占空比越大,电机转速越高. 看,就这么简单,这个智能车就做好了.接下来,我们就把我们知道的PID知识放到舵机和直流驱动电机的控制中去.就可以达到一个比较好的控制效果. 如果要达到更高的水平,肯定机械方面的改造也少不了.当然,这不属于本文的讨论范围.呵呵. 飞思卡尔智能车制作全过程---舵机篇（转贴） 智能车的制作中,看经验来说,舵机的控制是个关键.相比驱动电机的调速,舵机的控制对于智能车的整体速度来说要重要的多. PID算法是个经典的算法,一定要将舵机的PID调好,这样来说即使不进行驱动电机的调速(匀速),也能跑出一个很好的成绩. 机械方面: 从我们的测试上来看,舵机的力矩比较大,完全足以驱动前轮的转向.因此舵机的相应速度就成了关键.怎么增加舵机的响应速度呢?更改舵机的电路?不行,组委会不允许.一个非常有效的办法是更改舵机连接件的长度.我们来看看示意图: 从上图我们能看到,当舵机转动时,左右轮子就发生偏转.很明显,连接件长度增加,就会使舵机转动更小的转角而达到同样的效果.舵机的特点是转动一定的角度需要一定的时间.不如说(只是比喻,没有数据),舵机转动10度需要2ms,那么要使轮子转动同样的角度,增长连接件后就只需要转动5度,那么时间是1ms,就能反应更快了.据经验,这个舵机的连接件还有必要修改.大约增长0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了两个舵机分别控制两个轮子.想法很好.但今年不允许使用了. 接下来就是软件上面的问题了. 这里的软件问题不单单是软件上的问题,因为我们要牵涉到传感器的布局问题.其实,没有人说自己的传感器布局是最好的,但是肯定有最适合你的算法的.比如说,常规的传感器布局是如下图: 这里好像说到了传感器,我们只是略微的一提.上图只是个示意图,意思就是在中心的地方传感器比较的密集,在两边的地方传感器比较的稀疏.这样做是有好处的,大家看车辆在行驶到转弯处的情况: 相信看到这里，大家应该是一目了然了，在转弯的时候，车是偏离跑道的，所以两边比较稀疏还是比较科学的，关于这个，我们将在传感器中在仔细讨论。 在说到接下来的舵机的控制问题，方法比较的多，有人是根据传感器的状态,运用查表法差出舵机应该的转角,这个做法简单,而且具有较好的滤波"效果",能够将错误的传感器状态滤掉;还有人根据计算出来的传感器的中心点(比如第四个和第五个传感器检测到黑线,中心点就是4.5),计算出舵机需要的转角,这个做法也比较的简单,但是必须有一个滤波的过程,必须要滤掉错误的传感器状态.比如说:现在传感器第四个,第五个和第11个检测到了黑线,显然第11个应该是个传感器检测错误.应该把它滤掉.关于这个如何滤波,我们待会在后面将进行讨论.还有人的做法就是采用PID算法,这个方法比较的好,其实也不是很难,就是PID参数整定的时候有些麻烦. 大家可以自己选择喜欢的方法. 关于滤波,有些许的方法: 1.平均值排序法. 这个方法大家肯定一听就知道是怎么回事.就是不急于执行,先多次检测被测传感器,累加,求平均值.这个方法不错,特别在单片机中.比如:你如果连续采集8次,累加,最后你只要右移三位(value=value>>3;)就是value=value/8的结果.毕竟,在单片机中,右移比除法要快嘛. 2.中间值算法. 这个算法也简单,顾名思义,就是取不大不小的中间的值.这个算法就需要把几次采集的值排序,然后使用中间的那个值. 3.递推滤波. 这个滤波方法比较的受认可,但是执行起来也有风险所在.先说这个算法,就是根据当前值(传感器的中心点所在值),推算接下来的传感器中心点的量,如果发现前后变化剧烈,就视为干扰因素,忽略.这个算法看起来比较的好.但是风险就在于:如果出现了错误,并且错误的中心点成为的当前值,那么以错误的中心点为基准,正确的中心点就成了干扰.这样就会出现极端情况.为了避免这个情况,我们应该有一个检查的模块,检查当前的中心点是否有效.这个检查,我们也许可以结合前面两种方法,在一定时间对中心点的有效性进行检查. 4.限幅滤波. 这个在舵机的控制中,特别是使用计算的方法获得PWM信号占空比的(用来控制舵机的转角),更是尤为重要.这个滤波的思路就是规定一个最大值和一个最小值,当计算出的值低于最小值时,令其等于最小值;大于最大值时,令其等于最大值. 智能车制作 工作原理 电路组成：由两个独立的控制电路分别控制两个带齿轮箱的电动机，控制电路由采样，放大和驱动三部分组成。1，采样电路，由光电耦合器，200欧电阻，12千欧电阻和500千欧电位器组成；2，放大电路，由集成电路LM358双运算放大器承担；3，驱动电路，由100欧电阻，8050三极管和电动机组成。 工作原理：当光敏管接收到较强的光时，电阻减小，运算放大器3（5）脚电位升高，1（7）脚输出高电平，三极管8050导通，电动机转动。反之则电动机停转，红色发光管发光。 元器件的识别 （1）所有元器件见元件表：
（2）元器件的识别： LM358集成电路，外型为双列8脚； 双排8脚插座； 三极管8050，平面向已脚向上，从左到右CBE； 稳压二极管，注意方向，有标记的为负极； 发光二极管，脚长为正，脚短为负； 光电耦合器，绿色的是发射管，黑色的是接收管； 0。02uF电容器，小个黄色的； 470uF电容器，注意极性； 51欧电阻，色环为绿棕黑； 510欧电阻，色环为绿棕棕； 100欧电阻，色环为棕黑棕； 200欧电阻，色环为红黑棕； 12千欧电阻，色环为棕红橙； 500千欧电位器，标号为504，即500千欧； 印刷电路板； 开关，安装到车身上； 电池盒； 细导线：红，蓝各2根，黑线1根。 （3）元器件的安装 a总体安装注意点： 先焊接矮小的，引脚密集的元器件，后焊高大的元器件； 焊接中注意二极管，三极管，光耦合传感器，电解电容器的极性不要插反了； 焊接时做到先中间后外边； b元器件的安装位置及注意点： 双排8脚插座，装于集成电路（IC）的位置，用于集成电路的定位，注意插座的小半圆与印扳上符号的一致； 三极管8050，两只分别装于V1和V2处，装配时注意引脚位置，V1平面相对于印板是向内的，V2平面相对于印板是向外； 稳压二极管，注意极性，有标记的是负极，即 就是 ； 发光二极管，红色为D3，D4，绿色为D2，注意极性，脚长为正，脚短为负，并注意三只发光二极管都是从铜箔面插入焊接的； 光电耦合器，安装于ZG1和ZG2，光电耦合器外壳与印板有定位孔，不能定位的为错装； 0.02uF电容器，装于集成电路旁边； 470uF电容器，与0。02uF电容器并联，装时注意极性，由于个子较高，建议最后安装； 51欧电阻，接于R1；510欧电阻，接于R2；100欧电阻，接于R3和R4； 200欧电阻，接于R5，R6，R7和R8；12千欧电阻，接于R9和R10；500千欧电位器，接于Rp1和Rp2； LM358集成电路，所有元器件都焊接好后，再插入双排8脚插座上； 开关，安装到车身上，本开关控制电源负极的通断，应注意引线的正确连接； 电池盒，安装到车身上，引线连接：黑线接到开关，白线接印板470uF电容器的正极，红线印板M1和M2红线中间； 细导线：电机1和电机2，红，蓝各2根，电机线焊接时应对电机引脚进行搪锡处理，焊接时间不要过长，要防止把电机电刷塑料熔化而损坏电机；黑线从印板470uF电容器的负极连接到开关； 印板最后还有4个焊点空的，在集成电路两边各2，应用导线分别相连接。 （4）组装与调试 （一）车的组装，安装步骤见彩图步骤， 先装电动机，水平伸缩板，垂直升降板，尾轮； 然后装电路板，电动机连线，开关，车轮子，电池盒导线连接。 （二）调试 调节500千欧电位器，可改变光线灵敏度，顺时针提高灵敏度，反时针降低灵敏度，到达跑道黑区不停为灵敏度过高，应调低灵敏度，调试时两边电机的灵敏度应基本一致，即慢慢靠近跑道白区时两只红发光管应基本同时发光，靠近黑区时，两只红发光管应基本同时熄灭。 （三）存在问题及处理 接通电源后电机会转但无法控制，是控制电路问题，应查集成电路是否插反；集成电路的3（5）脚电压是否调得太高，应反时针转动电位器降低灵敏度； 接通电源后有一只电机反转或两只电机都反转，这是电机电源极性接反，只要把反转的电机的两根引线对调过来就行了； 接通电源后电机一只会转一只不转，应查不转部分的电机电路，先查输入电路和输出电路的元器件是否安装正确，是否有虚焊漏焊，电机是否良好； 接通电源后电机都不转动，应查印板上的元器件是否安装完整；两根短路线是否已焊上；电源连接是否正确；开关引线的焊接是否正确。 
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