竖立节能智能车_车模_单片机

全国大学生智能汽车竞赛是一项以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为辅导思想，面向全国大学生开展的具有探索性的工程实践活动。
它以设计制作在特定赛道上能自主行驶且具有优胜性能的智能模型汽车这类繁芜工程问题为任务，鼓励大学生组成团队，综合利用多学科知识，提出、剖析、设计、开拓并研究智能汽车的机器构造、电子线路、运动掌握和开拓与调试工具等问题， 引发大学生从事工程技能开拓和科学研究探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。

作为一名智能车老选手，今年的智能车竞赛是非常困难的一届，在疫情的影响下还能正常举办实属不易，以是我也非常珍惜这次的比赛机会。
在疫情期间就逐步开始了干系事情，由于疫情期间不在学校，没有相应的设备，紧张做的是设计构造和电路等事情。
9 月份开学后便将这些想法逐步实现，终极完成车模的设计、组装、调试。

本次我参加的组别是直立节能组，该组别因此直立运行为条件，和追求节能和速率为目标，完成特定赛道内各种元素的识别处理。
首先机器构造方面我采取低廉甜头车模，在实际制作车模的过程中我们并非一味的追求轻量化，而因此提高效率为紧张目标，减重为次要目标，由于我认为提高效率才是真正贴合“节能”这一主题，机器构造经由优化调试，终极可以很好的知足本次智能车比赛的需求。
硬件方面利用STC8H 的单片机作为主控芯片掌握车模运行，通过无线充电的办法获取车模运行过程中所需的电能，通过DC-DC 转换电路来供应车模运行所需的电压。
车模的掌握部分紧张由直立环、速率环和转向环组成，三个环协同完成车模的直立运行。

在正式制作车模之前，我常日会对车模的基本性能指标做一个大概的预期，今年的紧张预期目标有两个：

终极的整车效果在速率方面并没有达到设计目标，由于要考虑到能耗、轮径等限定，终极只达到2m/s 的速率，但是在能耗方面达到了1.2j/m，实际上充入的电量越多车模的均匀能耗会更低。

本文将会对参赛车模的设计思路、制作过程进行一个细致的解释，将会环绕机器构造、硬件电路和掌握算法三个大方面来进行讲解。

机器构造的设计是节能车中比较根本的一个环节，但也是最主要的一个环节。
我们该如何去设计车模的机器机构呢？本章将会对机器构造做一个详细的讲解。

由于是节能组，减重是降落能耗的一个主要方法。
以是我的思路是在保持整体强度的情形下只管即便减轻车模的重量。
除了减重之外，风阻也是我们须要考虑的一个细节，虽然影响不那么明显，但这也是真实存在的一个成分，以是减小迎风面积也是构造设计须要把稳的一个方面。
其次我们的车模须要直立运行，对此我也参考了之前很多直立组的机器构造，总结一下便是重量集中，重心适中，太高或太低的重心都不利于我们后期的掌握。
整体机器构造如下图所示。

▲ 图2.1 整体机器构造（主视图）

▲ 图2.2 车模整体构造（侧视图）

车模上的传感器紧张由姿态传感器电磁传感器和光电传感器组成，传感器的安装对付后期车模的稳定性和速率上限也存在很大的影响。

姿态传感器采取直接焊接在主板背面的安装办法，省去了连接线，这样也降落了故障率，主板预留安装位置可以兼容MPU6050 和ICM-20602 两款传感器。
安装位置不才图用红框标出。

▲ 图2.3 姿态传感器安装

电磁传感器相对付光电类传感器有着更强的抗滋扰性能，以是我选择利用电磁传感器来进行循迹。
电磁传感器部分采取了一块PCB 板作为载体，五颗电感依次排布，利用3D 打印件和碳素杆和车体进行固定，再通过FPC 软排线和主板进行连接。

电磁传感器的高度和前瞻首先要能够知足正常循迹的须要，即前瞻是非得当，离地高度适中。
在适应正常循迹的根本之上还要能够知足对分外元素的处理，比如坡道和圆环，电感高度太低可能会导致坡道无法正常通过等情形发生。

▲ 图2.4 电感安装图

线性CCD 在车模上的唯一浸染是用来识别斑马线入库，它的安装可能是全体车上最不折衷的一个地方。
详细缘故原由是由于最早设计车模的时候设想利用电感板上的红外对管作为斑马线的识别，CCD 仅仅作为备选方案，但是由于红外对管实际测试效果并不是十分空想，后期才将斑马线检测换为线性CCD。
以是CCD 传感器中间部分被排线遮挡，好在通过算法处理，并不会对终极的斑马线识别造成影响。
全体CCD 的安装都是通过3D 打印件与车身进行连接，并且可以灵巧调节角度，以此达到更好的适应性。

▲ 图2.5 CCD 的安装

对付该车模，与其说是电路板安装到车模上，倒不如说是电路板构成了车模，我们的车身最紧张的承重、连接的构造，便是两块电路板构成，上层的主控板和下层的恒功率充电板，两块电路板并没有任何导线相连接，而是通过固定铜柱进行电能的传输。

主控板是全体车身最主要的一块电路板，也是在调车过程中最常打仗的电路板，集成了开关、OLED、下载接口、拨码开关、指示灯等等功能，以是将此电路板放置于最上层无疑是最好的选择，也会更方便后期的调试、下载。

▲ 图2.6 主控板的安装

该电路板除了恒功率的干系电路之外还是全体车模构造的基石，除此之外还肩负了放置储能元件的重任，由于超级电容这种储能元件一样平常禁不起碰撞，以是将其放置于恒功率板的上方，主控板的下方，不仅会得到更好的保护，还会使车模空间的利用更加合理化。

▲ 图2.7 恒功率板的安装

由于设计充电板时并没有终极确定整流办法，并且本着后期升级方便的想法，就将整流板与恒功率充电板分为两块电路板，整流小板也天经地义的就近放置，安装在充电线圈与恒功率板之间。

▲ 图2.8 整流小板的安装

对付节能电机的选择，常日最常用的方案有直流有刷电机、普通无刷电机和空心杯电机。

有刷直流电机具有构造大略、本钱较低和便于掌握的上风，但是相对来说事情效率并不是很高，如果选择不合理，常日并不能在节能组的比赛中取得精良的成绩。

普通无刷电机并没有有刷电机的换向器，无刷直流电动机是采取半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的打仗式换向器和电刷。
它具有可靠性高、无换向火花、机器噪声低等优点，而且无刷电机的效率相对付普通有刷直流电机要高上不少。
但是掌握更加繁芜，须要对应的电子调速器，其制作的事情量与难度均大于目前的智能车直流电机驱动。
更何况今年须要车模直立，由于水平有限，因此选择放弃此方案。

比较之下空心杯电机彷佛更加适宜今年的节能，空心杯电动机在构造上打破了传统电机的转子构造形式，采取的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。
这种新颖的转子构造彻底肃清了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。
同时其重量和迁徙改变惯量大幅降落，从而减少了转子自身的机器能损耗。
由于转子的构造变革而使电动机的运转特性得到了极大改进，不但具有突出的节能特点，更为主要的是具备了铁芯电动机所无法达到的掌握和拖动特性。
但是最常见的航模空心杯电机转速太高，并不是非常适宜用于车上。
比拟之下比较得当的电机可能便是德国Faulhaber 和瑞士MAXON 的产品了，但是全新原厂产品价格相对较高，权衡之下选择了二手Faulhaber 电机，虽然有着重量过大（双电机加车轮已经占到车重的一半）、减速比不足完美等缺陷，但也基本可以知足利用哀求。
电机与车身利用3D 打印件进行连接。

▲ 图2.9 电机的安装

今年节能组的规则限定低廉甜头车轮的直径小于5cm，我选择利用3D 打印来制作车轮，再通过联轴器与车轴进行连接。

▲ 图2.10 3D 建模的车轮

无线充电线圈选择置后放置，一方面可以平衡车身重量，另一方面可以减少充电线圈对付车模启动时的滋扰。

▲ 图2.11 充电线圈的安装

节能车硬件的设计最主要的一个原则便是稳定，抗滋扰能力强，其次才是高效。
以是我队的小车自搭建完成之后，就没有涌现过烧毁电源、电机驱动等故障，纵然堵转，也不会烧毁硬件，打消了这些后顾之忧，才能让后续的车模调试更加顺利。

十五届全国大学生智能汽车竞赛首次可以利用STC 系列的单片机作为主控芯片， 并且节能组只能利用： STC8G2K64S4-36I-LQFP48 、STC8H8K64S4U-48I-LQFP48 和STC8A8K64S4-28I-LQFP64/48/44。
通过芯片手册比拟和实际测试，终极选定STC8H8K64S4U-48I-LQFP4 作为参赛车模的主控芯片。

STC8H 系列单片机是不须要外部晶振和外部复位的单片机，因此超强抗滋扰/超低价/高速/低功耗为目标的8051 单片机，在相同的事情频率下，STC8H系列单片机比传统的8051 约快12 倍（速率快11.2~13.2 倍），依次按顺序实行完备部的111 条指令，STC8H 系列单片机仅需147 个时钟，而传统8051则须要1944 个时钟。
STC8H 系列单片机是STC 生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是宽电压/高速/ 高可靠/低功耗/强抗静电/较强抗滋扰的新一代8051 单片机，超级加密。
指令代码完备兼容传统8051。

▲ 图3.1 单片机最小系统

下图为车模利用的单片机最小系统，由复位电路和滤波电容组成，晶振利用单片机内部晶振。

STC 系列单片机支持串口下载，以是我采取串口对单片机进行下载调试，CH340 作为电平转换芯片实现USB 电平和TTL 电平的转换，利用type-c 接口与电脑连接，只须要一根type-c 数据线即可完成下载调试的功能。

▲ 图3.2 下载电路

超级电容作为车模的供能元件，由于其自身特性，所储存的能量和电压有以下关系，J=1/2CUU，以是其电压是不稳定的，而且放电是非线性。
因此我们须要DC-DC 模块来得到我们想要的电压。

节能组已经涌现好几年了，涌现了一个又一个精良的方案，但是有一款芯片始终备受各参赛军队的青睐，那便是德州仪器的TPS63070。
TPS6307x 是一款具有低静态电流的高效降压-升压转换器，适用于那些输入电压可能高于或低于输出电压的运用。
在升压或降压模式下,输出电流可高达2A。
此降压-升压转换器基于一个固定频率、脉宽调制(PWM)掌握器，此掌握器通过利用同步整流来得到最高效率。
在低负载电流情形下，此转换器进入省电模式以在宽负载电流范围内保持高效率。
转换器可被禁用以大大减少电池花费。
在关断期间，负载从电池上断开。
此器件采取2.5mm x 3mm QFN 封装。

▲ 图3.3 主控供电电路

电机驱动的供电电压常日是由选用的电机决定的，末了我们选择利用12V作为电机驱动的供电电压，选用的芯片依旧是德州仪器的，此款芯片从前在充电宝上事情过，也算是经受过实战的磨练。
TPS61088 采取自适应恒定关断韶光峰值电流掌握拓扑构造来调节输出电压。
在中等到重负载条件下，TPS61088 事情在PWM 模式。
在轻负载条件下，该器件可通过MODE 引脚选择下列两种事情模式一种是可提高效率的PFM 模式；另一种是可避免因开关频率较低而引发运用问题的逼迫PWM 模式。
可通过外部电阻在200kHz 至2.2MHz 范围内调节PWM 模式下的开关频率。
TPS61088 还实现了可(VQFN) 封装编程的软启动功能和可调节的开关峰值电流限定功能。
此外，该器件还供应有13.2V 输出过压保护、逐周期2 运用过流保护和热关断保护。
TPS61088 采取20 引 脚4.50mm × 3.50mm VQFN。

▲ 图3.4 电机驱动供电电路

根据大赛规则，赛道铺设有中央电磁勾引线。
勾引线为一条铺设在赛道中央线上， 直径为0.1~1.0mm 的漆包线，个中通有20kHz、100mA 的交变电流。
频率范围20k±1kHz，电流范围100±20mA。

以是我们选择10mH 电感合营6.8nf 电容对电磁线进行检测，但是检测出的旗子暗记并不能直接给到单片机ADC 口检测，由于首先感应出的电压太小，其次是交变电流。
以是我们选用运放芯片LMV358 将旗子暗记进行放大，再通过二极管倍压检波得到与磁场强度相对应的直流电压给到单片机ADC 口，实现对赛道的检测。
该方案借鉴了竞赛秘书处于2010-1 发布的电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案。

▲ 图3.5 运放模块

由于车模利用的是AB 相编码器，同时STC 单片机没有正交解码功能，以是我决定通过硬件的办法来对编码器旋转方向进行一个判断，实际上便是用到了数字电路中学过的D 触发器，AB 相编码器的两个脉冲旗子暗记分别接入D 触发器的时钟CLK 和输入D，此时就可以通过输出Q 的电平高低来判断编码器的正反转。
很多带方向输出的编码器也利用了相同的事理。

▲ 图3.6 D 触发器

智能车电机驱动的方案早已经非常成熟，目前智能车比较盛行的驱动方案有BTN 和BTS 集成驱动和分立元件搭建的MOS 管全桥驱动，BTN 只须要两块芯片和少许外围即可实现对单个电机的掌握，比较之下分立元件搭建的电机驱动更加繁芜，但是其强大的输出功率每每让人爱不释手。
但是我们要做的是节能啊，以上两种方案的性能绝对可以知足，但是有点大材小用的觉得。
以是我决定采取单芯片集成驱动，说到这里就不得不提L298N 和MC33886。
L298N 很多做过51 循迹小车的同学估计都认识，一块芯片即可完成我们所有的需求。
MC33886在多年前的智能车竞赛中也被广泛运用过。
但是我还是以为这两款芯片的体积太大，以是终极选择了东芝公司的一款集成驱动芯片，虽然其内阻相对较大，但是胜在体积小巧，一块芯片便能知足我们的需求。

▲ 图3.7 电机驱动

这里的功率检测并不是恒功率充电中利用的功率检测，而是检测车模运行功率的功率检测。
加入这个功能，最初的想法便是为了在后期调试车模时能够创造由于掌握不利而导致的功率非常情形，以此来优化掌握，降落功耗，并且该功能还可以对堵转等非常情形实现保护。
紧张电路的构成是由电阻分压的电压检测和电流检测构成，通过单片机ADC 端口对电压和电流进行采集，打算出当前功率，通过无线模块传回上位机进行剖析。

▲ 电流检测（左）电压检测（右）

陀螺仪&加速度计模块采取IIC 进行数据的读取，接口如下。

▲ 图3.10 陀螺仪接口

为了方便调试，在车模上增加了OLED 液晶、LED 指示灯、按键和拨码开关，可以通过OLED 不雅观察车辆的一些数据，LED 在车模运行时指示某些分外元素，按键可以用来调参和实现特定功能，拨码开关用于策略调度。

▲ 图3.11 人机交互电路

在正式制作无线充电电路之前，曾经以卓老师公布的初赛赛道为基准，心中定下了一个预期的充电韶光。
不是5s，也不是4s，而是3s。
末了做到了吗？嗯，是的，做到了。
末了实测2.8s 即可完成对运行初赛赛道一周所需的能量的获取。
如果以更加节能的办法去跑，充电韶光可以降到2.5s。
完成3s 充电，充电电路肯定非常主要，但并不起决定性浸染，归根结底是车模运行时须要的能量少，以是充电的韶光才会缩短。
功率掌握部分我利用的方案是卓晴老师"大众号推文“如何把大象装进冰箱”中的方案，这算得上一个很精良的方案。

无线充电吸收线圈常日是利用纱包线制作而成的，紧张缘故原由是由于电流在高频的情形下电飘泊布变得不屈均。
大部分电流汇合中在导体表面附近。
这种征象称之为趋肤效应。
除了利用纱包线外还可以利用铜箔绕制线圈。
这两种方法都考试测验过，由于终极整流方案的选择，以是末了还是选用纱包线制作的成品线圈。

▲ 图3.12 充电线圈

为了方便后期的升级，以是我将整流电路从恒功率电路中独立出来制作。
整流电路也是充电损耗的一个主要环节，做好这部分对付充电效率的提升非常主要，以是在车模还未搭建的时候便动手准备干系的事情。

目前比较常见的整流方案有全桥整流、全波整流、倍压整流等，这三种方案比拟来看，全波整流的效率理论是最高的，其次是倍压，末了是全桥。
以是我决定全波整流中的二极管用MOS 管进行替代，以此希望能够达到更高的效率。
末了还是给做出来了，单独测试整流效果也还不错，虽然相较于二极管全波整流效率并没有明显提升。

▲ 图3.13 全波同步整流

然后尴尬的事情就来了，在与恒功率板进行合营的时候充电器会涌现“Wireis Broken”并蜂鸣器报警，详细缘故原由是恒功率充电板在刚上电的时候单片机须要一定的韶光才能正常事情，在这一段韶光没有PWM 输出会导致整流板相称于空载，引起充电器谐波比例过高导致报警。
终极在赛前换成了更加稳定的全桥整流。
还好用到了恒功率电路，以是整流板常日事情在十几伏以上的电压，此时二极管的压降造成效率低落就没有那么严重了。

▲ 图3.14 全桥整流

恒功率充电电路在进行事情的时候须要给半桥驱动芯片供电的12V，和给单片机供电的5V。
12V 由整流后的直流电压通过降压模块得到，5V 电压通过12V降压后得到。
12V 的电源芯片选型利用德州仪器的TPS54061DRBR。
5V 采取和主控5V 相同的TPS63070(见3.3.1)。

▲ 图3.15 12V 电源

利用电阻分压检测电压，AD8217 合营采样电阻检测电流，通过单片机对电压电流进行采样后得到当前功率。

▲ 图3.16 功率检测电路

通过PWM 掌握功率输出:

▲ 图3.17 半桥功率输出电路

下图依次为主控板（正）、主控板（反）、充电板（正）、充电板(反)。

掌握程序是智能车的灵魂，在之前的机器篇和电路篇已经完成了对硬件方面的制作，现在须要通过掌握程序使其将硬件的水平充分发挥，以此达到更好的成绩。
由于节能限定以直立的办法运行，以是对付掌握算法的哀求也相对较高，首先能够实现稳定的直立运行，其次还要在直立的状态下保持较高的运行速率，而且还不能花费过多的能耗。
这就须要在掌握方面把稳更多的细节。

智能车通过电感实现循迹，对付电感旗子暗记我们利用ADC 获取信号数值，通过均值滤波之后将其进行归一化处理，然后通过差比和打算出转向偏差，代入转向环实现转向操作。

车模想要保持直立就必须知道当前的车身角度，纯挚的利用陀螺仪或者是加速度计都没有办法准确的活动车身的角度。
只用将加速度计与陀螺仪的数据进行结合，才可以做到。
常用的方法有互补滤波和卡尔曼滤波。
由于备赛韶光较短，以是首选较为大略的互补滤波作为姿态解算，且在后期利用的过程中也能够完美的胜任直立哀求，以是一贯沿用到正式比赛。

陀螺仪动态相应特性良好，但打算姿态时，会产生累积偏差。
加速度传感器丈量姿态没有累积偏差，但动态相应较差。
因此，它们在频域上特性互补，可以采取互补滤波器领悟这两种传感器的数据，提高丈量精度和系统的动态性能。

▲ 图4.1 互补滤波器基本构造图

在工业运用中PID 及其衍生算法是运用最广泛的算法之一，是当之无愧的万能算法，如果能够闇练节制PID 算法的设计与实现过程，对付一样平常的研发职员来讲，该当是足够应对一样平常研发问题了，而难能名贵的是，在我所打仗的掌握算法当中，PID 掌握算法又是最大略，最能表示反馈思想的掌握算法，可谓经典中的经典。
经典的未必是繁芜的，经典的东西常常是大略的，而且是最大略的，大略的不是原始的，大略的也不是掉队的，大略到了美的程度。
现在虽然已经演化出很多智能的算法，如蚁群，神经网络等，但是在实际运用中还是以串级pid 为主，由于它可靠。

比例调节（P）浸染： 是按比例反应系统的偏差，系统一旦涌现了偏差，比例调节立即产生调节浸染，以减少偏差。
比例浸染大，可以加快调节，减少偏差，但是过大的比例，使系统的稳定性低落，乃至造成系统的不稳定。
积分调节（I）浸染：是使系统肃清稳态偏差，提高无差度。
由于有偏差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停滞，积分调节输出一常值。
积分浸染的强弱取决与积分韶光常数Ti，Ti 越小，积分浸染就越强。
反之Ti 大则积分浸染弱，加入积分调节可使系统稳定性低落，动态相应变慢。
积分浸染常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。

微分调节（D）浸染： 微分浸染反响系统偏差旗子暗记的变革率，具有预见性，能预见偏差变革的趋势，因此能产生超前的掌握浸染，在偏差还没有形成之前，已被微分调节浸染肃清。
因此，可以改进系统的动态性能。
在微分韶光选择得当情形下，可以减少超调，减少调节韶光。
微分浸染对噪声滋扰有放大浸染，因此过强的加微分调节，对系统抗滋扰不利。
此外，微分反应的是变革率，而当输入没有变革时，微分浸染输出为零。
微分浸染不能单独利用，须要与其余两种调节规律相结合，组成PD 或PID 掌握器。

智能车中PID 掌握紧张利用模糊PID、增量式PID 掌握或者位置式PID 掌握。

大略地说增量式便是每次PID 打算出来的值是一个增量，终极利用时是用原值加上或减去这个增量，举个例子：例如舵机的掌握，舵机有一个中值（便是舵机调中时利用的占空比），掌握时就用这个加上或减去PID 后的增量（加上还是减去紧张看舵机的摆放，详细试一下就知道了）最为终极的舵机掌握量。
增量型算法不须要做累加，增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，打算精度对掌握量的打算影响较小。

▲ 图4.2 PID 算法的一样平常形式

车模能够保持直立是直立车最根本，也是最主要的一步，直立环调的好不好，对后期的速率环和转向环都有影响。
直立环采取PD 掌握器，姿态解析后的角度乘以P,陀螺仪输出的角速率直接乘以D。
参考了卓老师第七届的《电磁组直立行车参考设计方案》。

▲ 图4.3 角度掌握框图

速率环用来掌握车模运行时的速率，通过编码器采集脉冲打算出当前速率，与预期速率做比较来确定下次输出速率的大小。
我采取的方案是单个P,至于为什么没有用I，我只是以为暂时没有必要。
速率环打算出的输出给到直立环的输入，即掌握直立时的倾角，以此达到掌握速率的目的。

▲ 图4.4 速率掌握框图 4.5 转

转向环采取PD 掌握，通过电感差比和得到的偏差来对转向进行掌握，转向环是直接加在输出给电机的PWM 上。

▲ 图4.5 转向环框图

通过上述的算法，已经可以实现车模在赛道上的基本循迹，但是对付分外元素还须要进行特殊的处理才能正常通过，如：车库、圆环、坡道。
由于机器构造和掌握程序比较合理，坡道在没有进行分外处理的时候依旧可以正常通过，以是这里只对车库和圆环的处理做一个讲解。

由于车模一开始须要放置在车库内，待完成充电后再自行发车，以是当车模完成充电后第一步便是完成出库。
出库的处理的第一个方案便是，先固定直行一段间隔后再固定转向进入赛道正常循迹。
这种方案对付车模放置的位置哀求过高，当充电线圈位置变动时还须要再修正代码。
利用我利用第二个方案，让其自己判断转向的机遇，由于我利用了3 横两竖的电感布局，以是就可以用两个竖直电感判断转向的机遇。

▲ 图4.6 出库示意图

环岛元素已经连续三年涌如今智能车赛道中了，但是想要完美的完成这个元素还是须要下一些功夫的。
首先对环岛元素进行一个分解处理，我将其分成了四个部分。
首先是检测到环岛，这时由于电感会检测到两条电磁线，电感值会增大，但是还没有到达两条电磁线重合处，此时的处理是要担保车模平稳进入电磁线重合处。
到达电磁线重合处就到了第二个部分，此时将原来两个横电感打算偏差的办法改为两横两竖电感加权打算偏差，此时会由于竖直电感的引入而顺利进环，进环之后到达第三步。
将打算偏差的办法改回正常循迹的模式。
末了一步便是出环，利用陀螺仪z 轴角速率积分得到角度判断车模是否在圆环运行一周，借助积分后的角度顺利出环。

▲ 图4.7 环岛处理示意图

入库的难度是要大于出库的，想要入库，首先就要能够检测到车库，起初设计时预选了3 种检测方案，1.红外对管；2.干簧管；3.CCD。
利用红外对管检测斑马线理论上是可行的，间隔斑马线7cm 以下有着比较好的检测效果，由于将其集成在电感板上，电感板太低便无法顺利通过坡道，以是将距地高度提高到12cm，此时红外对管已经不能实现斑马线的精确检测了。
干簧管可以用来检测磁标识别车库，但是还须要进行倒车操作，太摧残浪费蹂躏韶光。
以是末了选择CCD作为车库的识别。

CCD 检测斑马线我写了两套程序，第一个是通过设定阈值对采集回的数据进行二值化处理，再打算黑点的个数，以此判断斑马线。
这个方案我也用了一段韶光，但是当光芒有较大变革的时候，还须要改变阈值，太费韶光。
以是又想到了第二个方案，通过采集黑白跳变点的个数来判断斑马线，此方案不须要设定阈值，只须要把数组里面的数据进行比拟即可，相对来说适应性强于前者。

检测到之后就到了入库处理的环节，由于车模在运行过程中速率比较快，想通过操作转向环来实现入库效果并不理想，以是干脆直接绕过所有掌握，直接对终极输出给电机的PWM 进行掌握，再利用Z 轴角速率积分判断转的角度，终极实现入库。

▲ 图4.8 赛场上即将入库的瞬间

5.1 程序开拓工具

程序开拓工具利用Keil uVision5，源程序的编写、编译都是在该软件上完成的。
并且还可以利用在线调试功能。

▲ 图5.1 keil5

对付硬件电路的开拓，我选择了一款国产EDA 软件——立创EDA，这也是我首次在竞赛中利用该软件。
纯中文的操作界面真是非常适宜我，并且大略易学，依托立创商城，有非常多的元件封装可以直策应用，大大缩短了开拓周期。
虽然还有很多地方须要完善，但是目前基本都可以知足我的利用需求，更主要的是由于它是一款国产软件，支持！

▲ 图5.2 立创EDA

车模上利用了非常多的3D 打印件，因此不得不学会一款3D 建模软件来完成这些任务，但是很多专业建模软件学习少则几个星期，多则几年，等学会了比赛早比完了。
我就在想有没有一款可以十分钟就能学会的建模软件，结果真让我找到了。
Tinkercad 是一款在线进行制图的工具，利用非常大略，只须要对几何图形进行大略的拖拽组合，即可绘制出须要的零件，车模上的所有3D打印件均由该软件绘制。
虽然操作大略，但是局限也很大，很多较为繁芜的图没有办法绘制，只能暂时应急。
想要学好3D 建模，还是须要耐下心来学习专业软件。

▲ 图5.3 Tinkercad

利用STC 单片机，当然要利用宏晶科技的下载软件了。
除了下载功能外还有串口助手、示范例程等功能。

▲ 图5.4 程序下载软件

通过上位机软件对车模实时数据进行监测，在调试过程中发挥了巨大的浸染。

▲ 图5.5 山外上位机软件

自从报名参加第十五届全国大学生智能汽车竞赛以来，一贯在为这项比赛所努力备赛。
智能车的魅力始终深深吸引着我，让我无法自拔。
在这次的技能报告中，我对本次参赛的方案进行了一个详细的解释，有的想法实现了，有的想法失落败了，但是失落败的也正好是收成的履历。

关于技能报告中的机器构造，我还想再进行一个解释，除了实现车模的基本功能外，我还会追求车模的都雅程度，由于在智能车界一贯流传着一句话，那便是自古丑车跑烦懑，第一次听到这个说法我就以为很有道理，以是在制作车模的过程中，追求都雅也成为了我所追求的一个主要目标。
车模的妍媸不单单是外不雅观的问题，还反响了选手对待车模的态度，对细节的把控，如果车模上热熔胶一大堆，杜邦线满天飞，这种车常日并不随意马虎跑出好的成绩。

硬件部分实在很多军队都大同小异，毕竟精良得当的方案就那么多，电源一样平常都选择德州仪器的TPSxxxxx，电机比较好的无非Faulhaber 和瑞士MAXON。
既然大家水平都差不多，就要在细节高下功夫，节能组，玩的便是细节。
由于电源芯片效率的天花板就在那，电机效率的天花板也在那，想在单个环节上有较大的提升根本不现实，还是得回归细节，对细节进行反复的打磨，才有可能在赛场上有所上风。

算法方面属于短板，紧张掌握思路还是用最大略的方法实现较好的效果，滤波算法用互补滤波，循迹用差比和。
很多时候能否调校出一辆精良的车并不在于你是不是利用了多么高大上的算法，而是你是否真的把你会的大略算法利用好了。
学会长于不雅观察车模运行过程中的“风吹草动”，再找到引起这些问题的缘故原由，即利用大略的方法，小车依旧可以快乐的飞驰。

经由几个月的准备，终极在11.7 日来到了安徽赛区的赛场，并以满意的成绩结束了我末了一次智能车之旅。
贯穿了我全体大学光阴的智能车哟，多少个不眠之夜，多少次垂头丧气，又有多少次办理问题之后的喜悦，如今历历在目。
别了，智能车。

末了感谢学校为我们供应园地和经费支持，有了这些物质根本，才能让我顺利的完成比赛。
也要感谢老师和领导的支持与辅导。
同时还要感谢竞赛组委会事情职员的辛劳付出，疫情期间，今年能够正常举办真是非常难得，感谢各位为竞赛供应帮助的人。

1.参考文献

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[2] MarkI. Montrose．电磁兼容的印制电路板设计．北京．机器工业出版2012.

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[8] 尹勇．Protel DXP 电路设计入门与进阶[M] ．北京: 科学出版社，2004.