智能车竞赛光电组介绍与经验交流-刘博

• 对前瞻的要求：大功率红外光电管 大功率红外光电管将前瞻提到35cm以 上，极限为40cm左右。 但相对摄像头动辄1m~2m的前瞻，这 样的前瞻还远远不够（尤其是在s形弯道的 行进中）。
光电组智能车系统——路径检测
• 对前瞻的要求：激光 采用激光发射管与传统光电传感器原理 相同，但是由于激光的特性(功率大、不易 散射)可以得到较远的前瞻。 采用激光传感器，使光电车出现摄像头 式的大前瞻成为可能。因此激光传感器成 为智能车竞赛光电组的主流。 但是，激光传感器也有着造价高，驱动 电路复杂、接收时容易相互干扰，调试难 度很大，容易烧坏等缺点。
光电组智能车系统——硬件结构
• BTS7960 半桥驱动芯片 两片组成全桥
• Mos管驱动电路 • 电子调速器（组委会禁止）
光电组智能车系统——硬件结构
• 测速模块 • 光电编码器 • 测速轮
光电组智能车系统——硬件结构
• 辅助调试模块 • 输入：拨码开关、键 盘等 • 输出：LED灯、数码 管、LCD显示屏 等 • 存储：flash、SD card 等 • 通讯：串口、蓝牙、 无线 等
光电组智能车系统——路径检测
光电检测方式一直都在不断发展，目标就 是检测范围更大，精度更高。 激光 摇头、点头 激光条码扫描器 ……… 我们期待更多的惊喜出现
软件部分
光电组智能车系统——软件
• 主程序流程
光电组智能车系统——软件
• 转向控制
• 速度控制
光电组智能车系统——软件
• 常用控制算法： PID BangBang 赛道记忆 冲小s弯
路径检测
光电组智能车系统——路径检测
• 路径检测模块 • 传统光电 集成光电对管 大功率红外光电管 光敏三极管
光电组智能车系统——路径检测
光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射 一定波长的红外线，经地面反射到接收管。由于在黑 色和白色上反射系数不同，在黑色上大部分光线被吸 收，而白色上可以反射回大部分光线，所以接收到的 反射光强是不一样，进而导致接收管的特性曲线发生 变化程度不同，而从外部观测可以近似认为接收管两 端输出电阻不同，进而经分压后的电压就不一样，就 可以将黑白路面区分开来。
智能车竞赛光电组介绍与 经验交流
浙江大学 刘博 2011年3月19日
目录
• 光电组智能车系统简介 • 个人经验与心得体会
光电组智能车系统简介
光电组智能车系统结构
硬件部分
光电组智能车系统——硬件结构
光电组智能车系统——硬件结构
• 电源模块：负责给整车所有其他模块供电 • • • • • • • 电池：7.2V 2000/1800mAh ni‐cd镍镉电池 驱动电机：电池电压直接供电 舵机驱动：6V 单片机系统：5V 光电编码器（测速模块）：5V 辅助调试模块：5V，3.3V（flash，sd card 等） 路径检测传感器： 发射模块：5V 接收模块：5V
光电组智能车系统——路径检测
光电组智能车系统——路径检测
由于激光传感器易受可见光干扰，故需要 调制 市面上常见的激光接收管只能接受一定频 率的调制光 激光的调制方式： 调制管 单片机PWM口调制
光电组智能车系统——路径检测
光电组智能车系统——路径检测
• 对检测宽度的要求：散射 由于激光传感器可以多 发射器对单接受器，故多激光 管散射探测成为可能。 但由于大量激光管重量 极大，对整车机械性能有较大 的不利影响。
个人经验与心得体会
• 坡道是光电车最大的噩梦！ • 尤其是当激光车的前瞻做到比较大的情况下，解决 坡道通过问题就会成为最大难点。 • 现有的几种坡道触发方式： 加速度传感器 角速度传感器 机械触发 程序触发 • 现有的几种坡道上检测路径的方式： 直冲 点头 加一组检测距离较近的光电管
个人经验与心得体会
团队合作至关重要 良好的组队 明确的分工 合理的定位 完善的计划
个人经验与心得体会
• 检测方案的确定是一切工作的基础 • 光电？激光？单层？双层？ • 散射？摇头？点头？ • 勤于思考才能有所收获
个人经验与心得体会
• 起点的检测 • 起点与十字交叉 如何区分是一个 难点 • 尤其在无法保证 车总能正面通过 起点的情况下 • 在大前瞻的情况 下起点检测更加 困难
光电组智能车系统——路径检测
• 光电管的排布 一字型 弧型 分散型 单层、双层、三层
光电组智能车系统——路径检测
• 光电管的缺点： 散射严重，探测距离短——前瞻小 点探测，由于传感器数量限制，故探 测范围有限——宽度窄 由于这些缺点严重制约了光电车的速 度，于是一些新技术出现了。
光电组智能车系统——路径检测
光电组智能车系统——硬件结构
光电组智能车系统——硬件结构
• 5V：LM2940，7805，LM1085，DC—DC稳压 等 • 6V：LM1117—6V，7806 等 • 3.3V：LM1117—3.3V，SPX29150 等
光电组智能车系统——硬件结构
• 电机驱动 • 飞思卡尔MC33886 集成全桥芯片
光电组智能车系统——软件
• 光电传感器路径识别状态举例
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机械部分
光电组智能车系统——机械
• 调节车轮与赛道的摩擦 方式：调整重心，养护轮胎 等 • 调整车况（即小车的加速性能，转向性能 等） 方式：调整车重，调整差速，调整舵机安 放方式 等
个人经验与心得体会
个人经验与心得体会
• • • • •
光电组智能车系统——路径检测
• 对检测宽度的要求：摇头 摇头方案的出现，解 决了散射方案检测模块重 量大的问题，实现了用少 量传感器检测较大范围赛 道信息。
光电组智能车系统——路径检测
• 前瞻的灵活变化：点头 点头是一个比较新的技术，通过算法的 控制，可以实现在不同赛段使用不同前 瞻。理论上使智能车对不同赛道有更强的 针对性。但其对于控制算法有较高的要 求，现有的技术并不算成熟。 点头还可以有效的解决激光车通过坡 道的问题。
• 机械状态是决定小车速度的最大瓶颈 • 后期，机械调节将是智能车制作中最重要 的一环
个人经验与心得体会
• 资金投入大是光电组的一大特点 • 主要体现在激光管的选购与摇头舵机的选 购上。 • 高投入才有高回报。
个人经验与心得体会
• 我们的目标：
赶超摄像头！
光电组智能车系统——软件
• 光电传感器路径识别状态分析 以一字型排布为例，排布方式如图：
光电组智能车系统——软件
• 光电传感器路径识别原理 光打到黑线和白底，接收管采集到的 信号状态不同。 通过传感器所有接收管采集的信号状 态，就可以得到哪些传感器在黑线上，进 而得出车身的位置，做出相应的动作(加减 速、转向)