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第6章 智能汽车设计实践——光电管型设计 第6章 智能汽车设计实践——光电管型设计 6.1 机械设计 6.1.1 光电管传感器的布局 6.1.2 舵机的安装 6.1.3 测速传感器的安装 6.1.1 光电管传感器的布局 1．传感器的布局间隔 2．传感器的径向探出距离 传感器的布局间隔 各个传感器的布局间隔对智能车的运行，是有一定影响的。传感器的间隔是否合适，对过弯的精确性以及防止飞车有很大的影响。 设定传感器间隔的原则是：既要满足一定的密度以保证走弯道时轨迹相对精确，又要尽可能拥有大的横向控制范围来防止飞车。若传感器间隔设置合适，当赛道有一点微小的变化时，小车的控制单元就能进行相应的反应（改变前轮转角），从而使得过弯道的轨迹与弯道大体重合，精确性好。 传感器的径向探出距离 （1）“一”字形布局 : “一”字形布局是传感器最常用的布局形式，即各个传感器在一条直线上，从而保证纵向的一致性，使其控制策略主要集中在横向上，其排布如图6.1所示。 传感器的径向探出距离 （2）“八”字形布局: “八”字形布局从横向来看与“一”字形布局类似，但它增加了纵向的特性，从而具有了一定的前瞻性，其排布如图6.2所示。 传感器的径向探出距离 （3）“W”字形布局: 为了能够提早地预测到弯道的出现，我们还可以将左右两端的传感器进行适当前置，从而形成“W”形布局，此外，还可利用“W”形布局来检测赛道的弯曲程度。其光电管排布如图6.3所示。 6.1.2 舵机的安装 在智能车上，舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向。舵机是系统中一个具有较大时间常数的惯性环节。其时间延迟正比于转过的角度，反比于舵机的响应速度。对于快速性要求极高的智能小车来说，舵机的响应速度是影响其过弯最高速度的一个重要因素，特别是对于前瞻不够远的智能小车更是如此。 6.1.2 舵机的安装 提高舵机控制前轮转向速度的一种方法是采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，其安装图如图6.4所示。 6.1.3 测速传感器的安装 为了减轻智能车的质量，测速时应尽量选用质量轻精度高的传感器，为了不影响加速性能，编码器的传动齿轮较小，基本上和电机的齿轮相同。其安装图如图6.5所示。 6.2 硬件设计 6.2.1 HCS12控制核心 6.2.2 电源管理单元 6.2.3 路径识别单元 6.2.4 车速检测模块 6.2.5 舵机控制单元 6.2.6 直流驱动电机控制单元 6.2 硬件设计 硬件电路设计是智能车控制系统设计的基础。智能车控制系统硬件结构主要由HCS12控制核心、电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路组成，其系统硬件结构如图6.6所示。 6.2.1 HCS12控制核心 HCS12控制核心单元既可以直接采用组委会提供的MC9S12EVKX电路板，也可以自行购买MC9S12DG128单片机，然后量身制作适合自己需要的最小开发系统。 6.2.1 HCS12控制核心 MC9S12DG12B单片机引脚图如图6.7所示。 6.2.1 HCS12控制核心 在光电管方案中，其I/O口具体分配如下： PH口与PA口用于小车光电发光管发光控制； PT0用于车速检测的输入口； PB口用于显示小车的各种性能参数； PWM0（PP0引脚）与PWM1（PP1引脚）合并用于伺服舵机的PWM控制信号输出； PWM2（PP2引脚）与PWM3（PP3引脚）合并用于驱动电机的PWM控制信号输出（电机正转）； PWM4（PP4引脚）与PWM5（PP5引脚）合并用于驱动电机的PWM控制信号输出（电机反转）。 在连续路径识别算法中，PAD口用于传感区光电接收管电压信号的输入口。 6.2.2 电源管理单元 电源管理单元是智能车硬件设计中的一个重要组成部分，它的作用是对组委会提供的7.2 V 1800 mA Ni-cd蓄电池进行电压调节。按照系统各部分正常工作的需要，各模块电压值分为5 V, 6.5 V和7.2 V三个挡。 6.2.2 电源管理单元 电源管理单元主要用于以下三个方面： （1）采用稳压管芯片L7805CV将电源电压稳压到5 V后，给单片机系统电路、路径识别的光电传感器电路、车速检测的转角编码器电路和驱动芯片MC33886电路供电； （2）经过一个二极管降至6.5 V左右后供给转向伺服电机； （3）直接供给直流驱动电机。 6.2.2 电源管理单元 同时考虑到稳压芯片L7805CV的额定输出电流较小，故采用两片L7805CV分别对单片机电路、车速检测电路、驱动芯片电路和光电传感器电路供电