飞思卡尔智能车讲座PPT
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飞思卡尔智能车机械结构简介 共21页PPT资料
前轮调整
• 前轮前束 • 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。
前轮调整
其他调整
• 减震弹簧调整 • 改变减震弹簧
的预紧力可以 改变底盘的刚 度，从而改变 行驶的效果。 • 飞思卡尔车模 的弹簧预紧力 可以通过垫圈 的个数来调节。
其他调整
• 悬架高度调整 • 飞思卡尔车模前轮与后轮的悬架的高度均可调。 • 前轮是通过改变垫圈的个数来调节。 • 后轮是通过安装不同高度的支架来调节。
前轮调整
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
前轮调整
• 主销内倾
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，因此 这个主销内倾角都有一个 范围，约5°~8°之间。
前轮调整
• 主销后倾 • 在飞思卡尔车模
上，主销后倾角 由前轮悬挂的垫 片来调节。在两 侧安装数量不同 的垫片，可以调 节主销后倾角。
前轮调整
• 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。
前轮调整
• 主销内倾 • 在飞思卡尔车模
上，主销内倾角 由前轮悬挂上的 螺纹来调节。
前轮调整
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
第9页/共11页
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！
第11页/共11页
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
第6页/共11页
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
第2页/共11页
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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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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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飞思卡尔_智能车_教程PPT58页
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
飞思卡尔_智能车_教程
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
飞思卡尔_智能车_教程
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
飞思卡尔智能车设计方案PPT课件
第7页/共12页
二值化处理
第8页/共12页
图像去噪
第9页/共12页
算法流程PID控制算法 Nhomakorabeau(k
)
Kp
e(k
)
T Ti
j
k 0
e(
j)
Td T
[e(k
)
e(k
1)]
第10页/共12页
位置型算法流程图
第11页/共12页
感谢您的观看！
第12页/共12页
起点
第1页/共12页
规则要点：
• 1.循黑线（我们是沿着黑线行走） • 2.竞速 • 3.跑道有小s、大s、十字交叉（今年多了虚线） • 4.组别：电磁组、光电组、摄像头组
第2页/共12页
摄像头注意的地方：
• 摄像头选择——ccd、cmos、其他 • 感光灵敏度 • 动态性能 • 图像效果(视角\分辨率\帧频)) • 供电（12V、5V）
第3页/共12页
硬件部分
总体布局
电源分配
第4页/共12页
电机驱动部分
H桥
集成IC: L298、33886、其他
第5页/共12页
电机驱动模块设计
•1.响应灵敏度（速度才是最重要的） •2.制动效果 •3.PCB线宽（电机启动电流很大）
第6页/共12页
黑线提取算法的基本思想：
a)直接利用原始图像逐行扫描，根据设定的阈值提取黑白跳变点； b) 黑线宽度有一个范围，在确定的黑线宽度范围内提取有效黑块，这样可 以滤除不在宽度范围内的黑点干扰； c) 利用黑线的连续性，根据上一行黑线中心的位置来确定本行求出的黑线 中心是否有效； d) 图像是远处小近处大，所以黑线宽度范围和前后行黑线中心的位置差别 都要动态调整； e) 求黑线中心时，因为近处的黑线稳定，远处黑线不稳定，所以采用由近 及远的办法； f) 图像数据量大，全部扫描一遍会浪费很多时间，利用前面已经求出的黑 线中心位置判断出黑线的趋势，从而推断出下一行的黑线大概位置，确 定出扫描范围，避免整行逐点扫描，节约时间； g) 提取出整场所有有效行的黑线中心后，根据预先设定好的权重计算出黑 线中心的加权平均，作为本场的黑线中心。
二值化处理
第8页/共12页
图像去噪
第9页/共12页
算法流程PID控制算法 Nhomakorabeau(k
)
Kp
e(k
)
T Ti
j
k 0
e(
j)
Td T
[e(k
)
e(k
1)]
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位置型算法流程图
第11页/共12页
感谢您的观看！
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起点
第1页/共12页
规则要点：
• 1.循黑线（我们是沿着黑线行走） • 2.竞速 • 3.跑道有小s、大s、十字交叉（今年多了虚线） • 4.组别：电磁组、光电组、摄像头组
第2页/共12页
摄像头注意的地方：
• 摄像头选择——ccd、cmos、其他 • 感光灵敏度 • 动态性能 • 图像效果(视角\分辨率\帧频)) • 供电（12V、5V）
第3页/共12页
硬件部分
总体布局
电源分配
第4页/共12页
电机驱动部分
H桥
集成IC: L298、33886、其他
第5页/共12页
电机驱动模块设计
•1.响应灵敏度（速度才是最重要的） •2.制动效果 •3.PCB线宽（电机启动电流很大）
第6页/共12页
黑线提取算法的基本思想：
a)直接利用原始图像逐行扫描，根据设定的阈值提取黑白跳变点； b) 黑线宽度有一个范围，在确定的黑线宽度范围内提取有效黑块，这样可 以滤除不在宽度范围内的黑点干扰； c) 利用黑线的连续性，根据上一行黑线中心的位置来确定本行求出的黑线 中心是否有效； d) 图像是远处小近处大，所以黑线宽度范围和前后行黑线中心的位置差别 都要动态调整； e) 求黑线中心时，因为近处的黑线稳定，远处黑线不稳定，所以采用由近 及远的办法； f) 图像数据量大，全部扫描一遍会浪费很多时间，利用前面已经求出的黑 线中心位置判断出黑线的趋势，从而推断出下一行的黑线大概位置，确 定出扫描范围，避免整行逐点扫描，节约时间； g) 提取出整场所有有效行的黑线中心后，根据预先设定好的权重计算出黑 线中心的加权平均，作为本场的黑线中心。
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• 微分调节反映系统偏差信号的变化率，具
有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此 能产生超前的控制作用，在偏差还没有形 成之前，已被微分调节作用消除。因此， 可以改善系统的动态性能。
• 增量式PID控制的算法为： • Δu (n)= kp [e(n)- e(n-1)]+ kIe(n)+ kD
[e(n)-2 e(n-1) +e(n-2)] • Δu (n)为n时刻的输出量，kp为比例放大系 数，kI为积分放大系数，kD为微分放大系 数，e(n)为n时刻的偏差量，e(n-1)为n −1 时刻的偏差量，e(n-2)为n −2时刻的偏差量。
• 电磁车视频
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
系统初始化
系统参数 手动调节
处理数字摄像头 采集数据
反馈 路径控制
控 电机转速
制 舵机摆角
路径处理
直道，小S弯，大S弯， 十字交叉，坡道，普通弯道……
车模通过感应由赛道中心电线产生的交 变磁场进行路经检测的属于电磁组
智能车整体概念模型
舵机
舵机（伺服电机）
舵机控制方法
• 三线连接方式
– 红线：电源线+6V – 蓝线：地线 – 黑线：PWM控制信号
PWM • 即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, 简称PWM）是通过脉宽调制的原理，改变 脉冲在每一个周期内高低电平的时间，它 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路 进行控制的一种非常有效的技术 。
•硬件 •软件 •机械 •团队
法拉利车队人员各尽其责
第七届 飞思卡尔智能车比赛 因你们而精彩！！！
谢谢观赏！
• 比例调节是按比例反应系统的偏差，系统
一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节 作用用以减少偏差。比例作用大，可以加 快调节，减少误差，但是过大的比例，使 系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳 定。
• 积分调节是使系统消除稳态误差，提高无
差度。因为有误差，积分调节就进行，直 至无差，积分调节停止，积分调节输出一 常值。积分作用的强弱取决与积分时间常 数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大 则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳 定性下降，动态响应变慢。
学做智能车 挑战飞思卡尔
--邹玉龙
根据车模检测路径方案不同分为
• 光电组 • 摄像头组 • 电磁组
• 光电组
车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮 采集赛道图像（一维、二维） 或者连续扫描赛道反射点的方式进行进行 路经检测的属于摄像头组
• 电磁组
陀螺仪
• 陀螺仪可算是非常复杂的物体，因
为它们以独特的方式运动，甚至像 在抵抗重力。正是这些特殊属性使 其在各个方面（包括自行车和宇宙 飞船上的先进导航系统）都有极为 重要的用途。一般的飞机要用约10 多个陀螺仪，遍布在罗盘和自动驾 驶仪等各个地方。俄罗斯米尔空间 站曾使用11个陀螺仪保持其方向对 准太阳。哈勃太空望远镜也安装了 大量导航陀螺仪。同样，陀螺效应 对溜溜球和飞盘等玩具也至关重要。
PID演示软件
机械改造
• 舵机的安装 • 编码器的安装 • 传感器的安装 • 车模结构的改造校正 • 车体重心的调整 • 其它……
第六届比赛现场视频
调试工具
• • • • • • • •
串口 蓝牙 无线 液晶 薄码开关 键盘 上位机 其它……
拨码开关
蓝牙模块
无线模块
液晶模块
液晶显示
控制策略
• 舵机控制策略（转向） • 电机控制策略（速度）
控制算法
• PID算法 • 模糊控制 • 自适应鲁棒控制
其它算法……
• PID控制算法是控制系统中技术比较成熟，应
用最广泛的一种控制算法，它的结构简单、 相比来说，参数容易调整，不一定需要系统 的确切数学模型，因此在各个领域内都有广 泛应用。PID控制算法即将偏差的比例（P）、 积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控 制量，用这一控制量对被控对象进行控制。 在PID控制算法中有四个比较重要的参量：采 样周期、比例系数、积分系数和微分系数。
转角与脉宽
转角与脉宽
直流电机
直流电机模型
电机驱动
编码器
• 旋转编码器 • 光电编码器
• 旋转编码器是一种采用光电等方法将轴的
机械转角转换为数字信号输出的精密传感 器，分为增量式旋转编码器和绝对式旋转 编码器。
• 光电式编码器的工作原理如下：随转轴一
起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅， 在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和 遮光区段。
上位机和下位机
• 上位机是指人可以直接发出操控命令的计
算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变 化（液压，水位，温度等）。下位机是直 接控制设备获取设备状况的计算机，一般 是PLC/单片机之类的。
编写上位机的软件
• VB • VC++ • Matlab • LabVIEW • 其它……
总结