飞思卡尔--智能车舵机讲解

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舵机使用

摘要：“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛要求车模行驶“稳”、“准”、“快”。

通过优化智能车系统中舵机安装，利用霍尔传感器控制测速，车模在不同赛道都能够适应新赛道，确保了智能车行驶的快速性和可靠性。

该车模设计方案方法简单，效果明显、进行稳定。

实践证明该方案时提高车模自适应性具有可行性。

关键词：飞思卡尔；智能车；舵机；霍尔传感器；优化“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛以快速跑完规定赛道为目标。

尽可能提高车模速度，跑出好成绩，是整个车模设计的关键。

为了进一步提高车模速度，作者曾在车模调试阶段尝试算法、程序控制等多种方法都无明显效果，经多次分析发现，舵机的优化及其控制尤为重要，特别合适舵机转向和速度检测反馈控制。

经过不断改进、调试和优化，该设计方案能够使智能车行驶速度和稳定性都得到显著提高。

1 车模系统飞思卡尔智能车系统主要由一系列的机械零部件和控制软件组成，主要包括由大赛组委会统一提供标准的车模底盘、轮胎、舵机、驱动电机、PC9S12控制板和电源等，另外，系统中的道路检测装置和测速装置需自行设计安装。

图l为车模系统框图。

要赛出好的成绩，智能车除应具有可靠的道路检测装置外，舵机的灵活转向控制则依赖于机械系统中各个零部件间协调运行。

为提高智能车的整体协调性能，一定要把握好“车身简捷、底盘低稳、转向灵活、协调匹配”的设计与安装原则。

2 舵机舵机是操控车模行驶的方向盘。

舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向，其转角精度直接影响到智能车模能否准确按赛道路线行驶，此外，还可考虑采用舵机进行机械闸制动以及多个舵机群控等方法。

但飞思卡尔智能汽车大赛规则要求车模中的舵机不能超过3个。

2．1 舵机工作原理舵机在6 V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2 V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6 V。

图2为舵机供电电路。

舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。

飞思卡尔智能车电机资料上课讲义

3.1.6驱动电机介绍驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。

在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点:(1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。

(2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。

(3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。

(4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击的影响。

(5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时间运行于停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连续堵转电流。

图3.1为该伺服电机的结构图。

图3.2是此伺服电机的性能曲线。

图3.1 伺服电机的结构图图3.2 伺服电机的性能曲线3.1.7 舵机介绍舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。

它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。

最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。

当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

一般舵机的控制要求如图3.3所示。

图3.4为舵机的控制线。

图3.3 舵机控制要求图3.4 舵机的控制线控制线输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms-2ms之间。

而低电平时间应在5ms到20ms间，并不很严格。

下表3.3表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂的位置的关系：表3.3脉冲宽度与舵机位置表考虑到舵机安装的位置与舵机的响应速度有关，在设计中我把舵机安装在较高的位置，使转向拉杆加长，使得在舵机转动相同的角度时前轮（即方向轮）转动的角度加大，转向灵敏。

[控制类] 飞思卡尔智能车舵机调试工具

[控制类] 飞思卡尔智能车舵机调试工具舵机, 调试工具, 上位机, 飞思卡尔智能车今天在调试舵机，发现经常需要频繁地修改PWMDTYx，让舵机旋转到不同的角度，比如让舵机调零，测试舵机不同角度对应车轮的角度等等。

如果每次测试都要重新编译，不仅浪费时间，而且对芯片的寿命也有影响，于是想到了用VB编写一个调试舵机的上位机程序，通过串口与单片机通讯，来实现舵机的实时调节。

我把写好的程序放在附件里了，希望能给大家提供点帮助。

角度转换为高电平时间角度 -45 0 45 (anger/度)高电平时间 1000 1500 2000 (t/us)计算公式为：T = 1000 + (anger + 45) * (1000 / 90)该上位机程序可以通过串口与单片机进行通讯，实时改变舵机的角度。

通讯协议为：0xfe 0xMM 0xNN (其中0xfe为包头，0xMM为PWMDTYx高8位，0xN为PWMDTYx低8位)在串口中断中分三次接收，在第二次接收时保存数据到temp0中，在第三次接收到数据时将PWMDTY01= ((unsigned int)temp0 <<8) | RxData 就可以完成PWM改变输出了。

下位机程序如下：#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include <MC9S12XS128.h> /* derivative information */#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12xs128"unsigned char RX=0,temp0;void uart_putchar(unsigned char ch){if (ch == '\n'){while(!(SCI0SR1&0x80)) ;SCI0DRL= 0x0d;return;}while(!(SCI0SR1&0x80)) ;SCI0DRL=ch;}static void PWM_Init(void){//SB,B for ch2367//SA,A for ch0145PWMCTL_CON01=1; //0和1联合成16位PWM；PWMCAE_CAE1=0; //选择输出模式为左对齐输出模式PWMCNT01 = 0; //计数器清零；PWMPOL_PPOL1=1; //先输出高电平，计数到DTY时，反转电平PWMPRCLK = 0X40; //clockA不分频,clockA=busclock=16MHz;CLK B 16分频:1MhzPWMSCLA = 8; //对clock SA 进行2*8=16分频；pwmclock=clockA/16=1MHz;PWMCLK_PCLK1 = 1; //选择clock SA做时钟源PWMPER01 = 20000; //周期20ms； 50Hz;(可以使用的范围：50-200hz) PWMDTY01 = 1500; //高电平时间为1.5ms;PWME_PWME1 = 1;}void setbusclock(void) //PLL setting{CLKSEL=0X00; //disengage PLL to systemPLLCTL_PLLON=1; //turn on PLLSYNR=1;REFDV=1; //pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=32MHz;_asm(nop); //BUS CLOCK=16M_asm(nop);while(!(CRGFLG_LOCK==1)); //when pll is steady ,then use it;CLKSEL_PLLSEL =1; //engage PLL to system;}static void SCI_Init(void) //SCI{SCI0CR1=0x00;SCI0CR2=0x2c; //enable Receive Full Interrupt,RX enable,Tx enable SCI0BDH=0x00; //busclk 8MHz,19200bps,SCI0BDL=0x1a SCI0BDL=0x68; //SCI0BDL=busclk/(16*SCI0BDL)//busclk 16MHz, 9600bps,SCI0BDL=0x68}interrupt 20 void SCI_Rx_IRS(void) //中断接收{unsigned char RxData;DisableInterrupts;if (SCI0SR1&0x20){RxData = SCI0DRL;switch(RX){case 0:if (RxData==0xfe) RX=1;break;case 1:temp0 = RxData;RX=2;break;case 2:PWMDTY01= ((unsigned int)temp0 <<8) | RxData;PORTB=~PORTB;RX=0;break;}uart_putchar(RxData);}EnableInterrupts;}void main(void){EnableInterrupts;setbusclock(); SCI_Init(); PWM_Init(); DDRB=0xff; for(;;) {}}。

飞思卡尔智能车摄像头组新手指南（5）--让车跑起来篇

飞思卡尔智能车摄像头组新⼿指南（5）--让车跑起来篇舵机、电机控制策略让车跑起来彭岸辉控制器设置了快速的控制周期，在每个运算周期内，控制器即时地得到智能车车速以及传感器采样来的道路信号，经过控制算法的计算后，控制单元输出相应的前轮控制转⾓以及电机占空⽐的值，其输出值再经过函数映射关系转换为 PWM 脉宽信号传⾄前轮舵机以及驱动电机，从⽽实现⼀个周期的控制。

由于摄像头的信号是具有周期性的，可以直接采⽤摄像头采集⼀幅图像的周期作为控制周期。

舵机控制采⽤ PD 控制，控制跟随性较好，P可以及时对赛道的变化作出反应，当然舵机的 P 项值也是跟随赛道情况变化的，直道和较⼩的弯道时控制较弱，90 度弯道或 270 度⼤弯道控制量较强，D有预测道路类型的作⽤，也就是能使舵机提前打⾓。

电机控制采⽤ PID 控制，可以减⼩动态误差并且跟随性能较好。

当然也可以使⽤其他控制，很多⼈舵机采⽤P控制，电机采⽤PD或PI控制。

对⽐他们的优缺点⾃⼰选择适合⾃⼰⼩车的PID。

这⾥不进⾏深⼊讲解。

前⾯的⼯作完成后懂得基本的图像处理算法就差不多可以使⼩车跑起来了！要使⼩车跑起来其实不难的，很多初学者最希望的就是看⾃⼰的车跑起来，因为当初我也是这样的，很理解师弟师妹们此刻的想法！最基本的图像处理算法就是：图像中间往两边搜索⿊线注意：初学者在初学时不知道偏差是怎样计算的。

这⾥就提⼀下：偏差就是计算出的中线即图中赛道中的⿊线与摄像头所看到的中线即图中赛道中的竖直红线（例如采集到的图像是100列的，那么摄像头看到的中线就是50）做差得到的值就是偏差。

它表⽰车当前位置与期望位置的偏离程度。

再看个图吧：⽤两⾏来说明，其他的⼀样。

第⼀⾏左边坐标（0,1）右边坐标（0,99），得出的中线就是（0,50），那么50所在的那⼀列就是摄像头所看到的中线（就是图中竖直的红线）。

这⾥再提⼀下，很多⼈提出中线后发现上位机上或LCD上没显⽰出中线，其实显⽰出中线很简单的：根据RGB，⼀个像素点的像素值为255时显⽰出来的是⽩⾊，像素值为0时显⽰出来的是⿊⾊。

飞思卡尔智能车制作---舵机篇

飞思卡尔智能车制作全过程---舵机篇智能车的制作中,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.。

飞思卡尔--智能汽车竞赛培训-机械结构部分

四、电机的安装
留心的同学应该已经注意到，有些智能车在运行过程中电机声音特别大，而有些智能车的声音却几乎听不到，这是为什么呢？这种声音的来源其实是电机齿轮与传动齿轮之间的啮合，因为捏合角没有调好而导致电机的声音特别大，同时，啮合角不仅影响了电机的声音强度，而且更重要的是它直接影响了电机对整车的驱动性，因此，啮合度不应太松，当然也不宜太紧，在调试的过程中应准确把握。
飞思卡尔--智能汽车竞赛培训机械结构部分
一、转向舵机的安装
是否需要加长舵机臂？
北京科技大学
清华大学
一、转向舵机的安装
是否需要加长舵机臂？
加长舵机臂能提高舵机的响应速度，舵机只需要转较小角度就可以实现较大角度的转弯。
加长舵机臂对提高舵机的响应确实有一定的效果，但是车身转动的惯性限制了车的转向。而舵机臂加长会降低舵机定位的精度、提高重心、造成舵机损坏等。
后轴齿轮
电机
后轴
电机齿轮
齿轮安装示意图
五、机械结构的设计原则
减轻重量降低重心,重心落在小车后轮1/3处加固安装
电池使用方法
参数： •电压：1.2×6=7.2 v
•容量：2000mAh 放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）
电池使用方法
正确充电：
•推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式，最大充电电流为700mA，平均充电电流300mA，涓流充电电流小于 100mA，充电时车转弯不灵活、转弯时振动较大都有可能是受差速的影响，然而如何调节后轮差速呢？这个没有精确的尺度，只能在调试过程中自己把握，不宜过松也不宜太紧，最好的标准是小车在拐S弯时能灵活自如。

飞思卡尔控制舵机

飞思卡尔控制舵机章节一：引言（200字）引言部分介绍了飞思卡尔控制舵机的背景和意义。

舵机作为一种常见的电机，广泛应用于机器人、航空航天等领域，起到控制和调节作用。

然而，在过去的控制系统中，使用传统的模拟控制方法存在一些局限性。

为了克服这些问题，飞思卡尔控制舵机被提出和应用，它利用数字信号处理器和现代控制算法，具有高精度、高可靠性和高性能的优点。

本论文将重点介绍飞思卡尔控制舵机的原理、设计和应用。

章节二：飞思卡尔控制舵机原理（300字）本章详细介绍了飞思卡尔控制舵机的原理。

首先，介绍了飞思卡尔控制舵机的结构和组成部分，包括电机、位置传感器、控制器等。

然后，阐述了飞思卡尔控制舵机的工作原理，主要是通过电机驱动器控制电机的转速和转向，通过位置传感器实时获取舵机的角度信息，然后根据控制算法，通过控制器对舵机进行精确的控制。

章节三：飞思卡尔控制舵机设计（300字）本章详细介绍了飞思卡尔控制舵机的设计。

首先，介绍了飞思卡尔控制舵机的硬件设计，包括选取合适的电机、位置传感器和控制器等。

然后，阐述了飞思卡尔控制舵机的电路设计，包括电源电路、信号处理电路和控制电路等。

最后，介绍了飞思卡尔控制舵机的软件设计，包括控制算法的实现和控制程序的编写。

章节四：飞思卡尔控制舵机的应用（200字）本章介绍了飞思卡尔控制舵机的应用。

首先，介绍了飞思卡尔控制舵机在机器人领域的应用，如机器人臂、机器人车等。

然后，介绍了飞思卡尔控制舵机在航空航天领域的应用，如飞机、火箭等。

最后，介绍了飞思卡尔控制舵机在其他领域的应用，如智能家居、自动化生产线等。

通过这些应用案例，展示了飞思卡尔控制舵机在实际工程中的价值和优势。

结论（100字）通过本论文的研究，可以得出结论：飞思卡尔控制舵机具有高精度、高可靠性和高性能的优点，能够满足各种复杂控制需求。

因此，在未来的工程中，飞思卡尔控制舵机将有着广泛的应用前景。

同时，本论文也为飞思卡尔控制舵机的研究和改进提供了一定的参考和指导。

飞思卡尔智能车电路详解(全)

• 标准检测距离只有7mm。 • 光敏三极管引脚正极反用。 • 使用脉冲打开方式能极大提高工作电流，
增加检测距离。但使用不当极易烧毁传感器，因此初期使用时不推荐使用此方法。
视频分离电路 LM1881
测速传感器模块
• 霍尔传感器 • 反射式红外传感器 • 对射式红外传感器 • 测速电机 • 对加速度传感器进行积分
智能汽车
之
硬件电路设计
安徽大学创新实验室整理
整个系统电路模块组成
• 单片机控制模块 • 黑线检测模块 • 测速模块 • 电机驱动模块 • 电源模块
单片机控制模块
黑线检测模块
• 光电组：反射式红外传感器、激光传感器
• 摄像头组：CMOS、CCD
红外传感器RPR220
具体使用注意点
• 发光二极管部分在恒流情况下最大工作电流为50mA。
• 电子调速器（电调）好用，但实在太贵
L298N 输入输出
并联电路
MC33886并联电路
。。。。。。
电源模块
• 单片机系统模块电源－－ 5V（LM2940）
• 黑线检测传感器模块电源
光电－－ 5V（LM2575）摄像头－－ 9V/12V（mc34063）
• 测速部分电源－－ 5V
• 舵机动电源－－电池直接供电 • 电机驱动模块电源－－电池直接供电
5V电源部分
LM2575芯片手册上的常用电路
二极管的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，但考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2575的最大电流限制；另外二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25 倍。
LM2575芯片特点
• 优点：转换效率高，芯片发热现象不明显，避

飞思卡尔--智能车舵机讲解

飞思卡尔--智能车舵机讲解2.2 舵机的安装完成了玩具车的拆卸之后要做的第二步就是安装舵机，现在市场上卖的玩具车虽然也具有转向功能，但是前轮的转向多是依靠直流电机来驱动，无论向哪个方向转都是一下打到底，无法控制转过固定的角度，因此根据我们的设计需求，需要将原有的转向部分替换成现有的舵机，以实现固定转角的转向。

舵机的实物图如图 2.1所示。

需要说明的是由于小车系玩具车改装，在安装舵机是需要合理的利用小车的结构，将舵机安装牢固，同时还需注意合理利用购买舵机是附赠的齿轮，从而将舵机固定在合适的位置。

舵机的安装方式有俯式、卧式多种，不同的安装方法力臂长短、响应速度都有所不同，这一点请自己根据实际情况合理选择，图 2.2 为舵机的安装图。

5图 2.1 舵机实物图图 2.2 舵机安装图舵机安装过程中有一点需要尤其注意，由于舵机不是360°可转的，因此必须保证车轮左右转的极限在舵机的转角范围之内。

舵机安装完毕之后就可以对小车的转角进行控制了，但是由于玩具车的车体设计往往限制了小车的转角，因此可以对小车进行局部的“破坏”来增大前轮的转角，要知道在比赛中追求速度的同时一个大的转角对小车的可控性会有一个很大的提升，如图2.3 所示，就是对增加小车转角的一个改造，这是我在去年小车比赛中的用法。

将阻碍前轮转角的一部分用烙铁直接烫掉。

但是这种做法也有风险，由于你的改造会破坏小车的整体7结构，有可能会对小车的硬件结构造成破坏，因此如果你的小车在改造之后显得过于脆弱的话那你就要对你的小车采取些加固措施了。

3.4 舵机转向模块设计舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点，无论是在硬件还是软件舵机设计是小车控制部分的重要组成部分，舵机的主要工作流程为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。

图 3.11 为舵机的实物图。

7图3.12 为舵机的内部结构图，舵机根据力矩划分有多种型号，价格也从几十到几百元不等，作为本文中介绍的智能小车的应用，实物如图 3.11 所示，价格在30元左右的舵机已经能够满足要求，但是在使用时应注意硬件连接，根据以往的情况来看舵机烧坏的情况也比较常见。

飞思卡尔智能车

飞思卡尔智能车控制系统硬件设计硬件部分：电机舵机传感器车模电机：主要作用是产生驱动转矩，作为小车的动力源。

舵机：能够转舵并保持舵位的装置，也就是让小车拐弯的装置。

传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，在智能车中，最重要的传感器就是摄像头。

车模：智能车车架，包括底板、齿轮、车轮、电池等等。

主要内容：•MCU最小系统设计•电机及舵机驱动电路设计•光电检测电路原理与设计•图像检测原理与设计1．控制系统的构成一般控制系统由传感器、控制器和执行器组成。

智能车中主要体现：光电器件或器件构成的寻线传感器。

用于操纵小车行走和转向的执行器。

根据传感器信息控制执行器动作的控制器。

三者之间的关系可用如下的关系图描述:飞思卡尔杯规定了比赛用车模、控制器所使用的MCU、执行器、传感器的数量等，比赛中硬件设计所涉及的主要工作是：•设计可靠的MCU控制电路；•执行器驱动电路；•传感器电路；(进行硬件设计的工具很多，建议使用Protel99SE，该软件易上手、效率高，可满足一般电路设计要求。

)MC9S12DG128 的封装2 .MCU最小系统设计MCU最小系统设计分为供电系统设计、复位系统设计、时钟电路设计、BDM调试接口设计、串口通讯设计。

2.1 MCU供电系统设计MCU正常工作需要合理供电，为获取良好的抗干扰能力，电源设计很重要。

针对此次比赛使用的电池和MCU，在供电系统设计中要充分考虑以下因素的影响：1.系统供电电源为7.2V镍氢电池组，不能直接为MCU及其它TTL电路供电。

2.为保证较高的行驶速度，驱动电机需使用电池组直接驱动，故电源电压波动较大。

3.转向用舵机工作电压为5V，其启动电流较大，如与MCU共用5V电源，会引入较大的干扰。

4.采用三端稳压器7805存在效率低、抗干扰能力差的缺点。

采用三端稳压器的电源设计:升降压开关稳压电路•MCU供电飞思卡尔S12系列单片机采用了若干组电源，必须很好的对这些供电电源进行良好的滤波，才能设计出抗干扰能力强的控制器。

飞思卡尔介绍含舵机PPT学习教案

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舵机控制方法
三线：PWM控制信号
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舵机控制相关说明
供电电压：稳压、+6V、不允许电池升压
控制周期：PWM频率选择 50～ 200Hz
角度范围：受车模转向极限限制， 40°左右
转向控制：在不允许更换舵机的第10页/共11页
限制下，合理设计控制算法、选
感谢您的观看！
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舵盘角位由PWM控制信号的脉宽第7页/共11页决定。
舵机基本参数
型号： HS-925 电压： 6 V (4.8V) 角度控制： 45°/ 400us 工作速度： 0.08s / 60° (6V)
0.11s / 60° (6V) 堵转力矩： 7.7 kg·cm (6V)
6.1 kg·cm (6V)
车模运动控制
运行速度控制
控制对象：运行电机控制方法：线性调压、PWM驱动
转向控制
控制对象：舵机（R/C Servo）控制方法：PWM脉宽 → 舵盘角位
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舵机简介
舵机内部结构
舵盘、齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板，等。
工作原理
脉宽信号给定参考位置，舵机内部电路通过反馈控制调节舵盘角位。
飞思卡尔介绍含舵机
会计学
1
车模调校的主要参数
后倾角 Caster
外倾角 Camber
• 前束 Toe
• 减震弹簧预紧力
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后倾角 Caster
• 外倾角 Camber
• 前束 Toe
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• 减震弹簧预紧力(Spring Tension)
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关于如何加快S3010舵机的响应速度

智能车竞赛系列Lumber_sheng关于如何加快Futaba S3010舵机的响应速度先介绍一下Futaba S3010舵机的标签定义：S表示舵机，3表示它用的是三级马达，0表示是泛用型，10表示为模拟舵机。

这是飞思卡尔智能车比赛指定的舵机之一，其为模拟舵机，其内部有功率运算放大器接成惠斯登电桥，根据接收的模拟电压（PWM控制驱动信号的平均有效电压）控制指令和内部位置传感器反馈的电压之间比较产生的差分电压。

来驱动直流有刷电机Tricore GM1510，让其转动到差分电压为0的指定位置。

S-D5舵机为数字舵机，其内部好像有mcu微处理器（或者是IC集成电路），其驱动的原理不太一样。

笔者不是太了解。

在这里说一下次说明不对此舵机有作用。

我们通常是给定舵机的指定电压稳压芯片LM7805（LM2941）等额定电流在500mA一下的芯片来充当舵机工作电压，然后再通过单片机给出50~300HZ 的PWM控制信号来驱动舵机。

在这里说明一下舵机内部是计算出PWM的平均有效电压来控制舵机的打脚的，用3.3v的单片机和使用5v的单片机给出相同占空比的PWM信号其有效电压是不一样的。

如果借用别人的程序发现不对，你可以看看这里的单片机工作电压是不是一样，通过改变PWM的频率也可调节其有效电压，也可以不做改动；而是通过改变舵机的servo_middle、servo_min、servo_max来改变其有效电压区间也是可以的。

舵机的安装方式也是有很多种。

立式舵机、倒卧式舵机、侧卧式舵机等等。

我们先来认识一下舵机的响应速度，其从开始位置转动到PWM波的有效电压指定位置的时间长短即反应舵机的响应速度快慢。

而其转动的过程是直流电机来工作的，这就要考虑直流电机的工作电压、电流、内阻，及带载力矩。

就可以来知道影响舵机响应速度的因素了。

常见情况下大家会想到下列影响到舵机的几个因素：1、舵机的工作电压2、舵机的工作电流3、PWM的周期4、PWM的占空比5、舵机的安装方式先说舵机的PWM波周期对舵机响应速度的影响。

飞思卡尔光电组套件智能车XS128K60介绍

2.1
此智能车模，配套的电机型号为RN260-CN-2875。智能车的控制采用的是双后轮驱动方案。智能车的外形大致如下：
智能汽车外形图
2.2
车模中的传感器包括有：速度传感器，车模姿态传感器（陀螺仪、加速度计）以及线形CCD。下面分别介绍这些传感器的安装。
2.2.1
速度编码器我们采用了编码器，安装方法如下：
为了保护模型车传感器支架，在车模机械设计的时候，增添了防撞保护装置，使一旦车模倾倒或者失控，防撞保护装置可保护车模机械的安全性，保证小车状态的稳定性。
飞思卡尔光电组套件智能车XS128 K60介绍
智能汽车外形图
第一章
智能汽车系统总体设计思路，后面将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能汽车控制系统进行深入的介绍。光电组用了线性ccd,但是由于需要镜头成像，所以会带来成像失真，静电干扰严重等问题。由于平衡车的特殊性，车身在循迹前进的过程中，必须保持车身的平衡。根据最基本保持车身平衡的基本原理，需要知道车身当前的角度和角速度。因此在保持车身平衡方面，以加速度计作为角度传感器，陀螺仪作为角速度传感器。
用十字扳手套筒将车的后轮拆卸后，安装编码器，固定编码器的固定件是根据
车得尺寸及与编码器的相对位置手工制作的连接固定件。
在安装完后轮后，在利用十字扳手套筒将后轮装上。
安装时应注意调整好齿轮间隙。齿轮传动机构对车模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，会严重影响最终成绩。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，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动的现象。判断齿轮传动是否良好的依据是，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，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。如图所示。

飞思卡尔智能车培训之硬件篇概要

电机驱动
电机驱动
电机驱动——NMOS方案
电机驱动——BTN7971半桥
实物图
Байду номын сангаас
内部原理
电机驱动——BTN7971方案
电机驱动——驱动隔离
为什么要隔离？
电机是电感性器件，电流不容易轻易改变，当电机反转或者频繁地启动停止时会产生反向电动势，这个反向电动势很大，一般有电源电压的几倍甚至几十倍，如果对这个电压经过隔离，一旦反串到单片机就会直接烧坏单片机。
电机驱动——驱动隔离
缓冲器74LS244
相当于一个缓冲池，可以一定程度上隔离反向电动势。
电机测速
通过检测脉冲数计算转速
将测得的转速与设定值比较调整，得到想要的转速值。
电池
参数：
•电压：1.2×6=7.2 v •容量：2000mAh
放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）
电源管理——电池使用注意事项
怎么隔离？
1、光耦隔离
2、用缓冲器74LS244隔离
电机驱动——驱动隔离
光耦隔离原理：
光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离,光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离作用。
用个显示屏显示数据，建议：OLED12864
留几个按键用于调整参数和启动
用单片机AD口读取电位器电压值，方便参
数的调整留出多余的接口
布线建议：
注意电源部分电源线和地线要加粗，不小
于40mil。电机驱动模块信号和电源地分开，可以顶层走信号线，底层走电源线，电源线和地线同样要加粗，由于电机电流大，至少 100mil。其他布线要尽量短，避免干扰。