智能车竞赛光电组介绍与经验交流-刘博.pdf

智能车竞赛光电组介绍与经验交流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• 光电组智能车系统简介光电组智能车系统简介• 个人经验与心得体会个人经验与心得体会目录光电组智能车系统简介光电组智能车系统简介光电组智能车系统结构硬件部分硬件部分光电组智能车系统——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，sdcard 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——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——硬件结构光电组智能车系统——硬件结构• 电机驱动电机驱动 • 飞思卡尔MC33886 集成全桥芯片• 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——硬件结构路径检测路径检测• 路径检测模块路径检测模块• 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光电组智能车系统——路径检测• 光电管的排布光电管的排布 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：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• 对前瞻的要求：大功率红外光电管对前瞻的要求：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——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光电组智能车系统——路径检测• 对检测宽度的要求：摇头对检测宽度的要求：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光电组智能车系统——路径检测软件部分软件部分• 主程序流程主程序流程光电组智能车系统——软件• 转向控制转向控制• 速度控制速度控制光电组智能车系统——软件• 常用控制算法：常用控制算法： PID BangBang 赛道记忆 冲小s弯光电组智能车系统——软件• 光电传感器路径识别状态分析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)光电组智能车系统——软件• 光电传感器路径识别状态举例光电组智能车系统——软件机械部分机械部分• 调节车轮与赛道的摩擦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）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 等光电组智能车系统——机械个人经验与心得体会个人经验与心得体会• 团队合作至关重要团队合作至关重要 • 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个人经验与心得体会• 坡道是光电车最大的噩梦！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• 机械状态是决定小车速度的最大瓶颈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！赶超摄像头！个人经验与心得体会。