翼龙理论方案_光赛翼龙理论方案_光赛.doc

第四届全国光电设计竞赛理论方案报告 编 号： 04-01-127 参赛题目： 基于光电导航的智能移动测量小车 参赛队伍名称： 翼龙队 所在学校： 西安工业大学 队长姓名： 王波 队员姓名： 许二亮 刘金鹏 指导老师： 吕宏 一．参赛题目 本参赛题目为：《基于光电导航的智能移动测量小车》题目要求设计一辆具有光电导航功能的智能车，要求从线路的指定点出发，沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。在行走过程中，利用光电技术测量、记录沿途所通过的三段隧道各自的长度及沿途路边树木的总棵数。 线性CCD 负责采集信号，小车在行驶中，通过光电编码器来检测车速，并采用MC9S12XS128 的输入捕捉功能进行脉冲计数计算的当前速度；以处理后的信号为依据控制PWM 发生模块发出PWM 波，通过输出不同占空比分别对转向舵机、直流电机进行控制，完成智能车的过弯，前进和制动。根据本次比赛所用的赛道的特征，选用性能更为出色的CCD模块。线性CCD模块带有二值化电路和信号分离电路，能直接输出场中断信号（每20ms一次）和行中断（每64us一次），二值化赛道信息。信号不需要处理就可以直接输入到单片机中进行信号采集。在摄像头模块内部是由LM393比较器来对道路图像的颜色灰度值对应的电压值与一个比较电压进行比较，得到黑白对应的二值信号的。比较电压可以通过一个变阻器来调节，调到一个合适的电压能正确稳定的输出二值信号并能消除大部分干扰信号。 树木的颜色为红色，大功率的激光传感器。激光传感器当小车行驶到树木的一侧时，激光被反射回来，接收器件的光电特性发生改变，经信号处理电路处理后送入单片机内经单片机处理后记录下树木的棵树。 由于比赛的场地在室内，再加之隧道内壁已涂成黑色，使用大功率的激光作为对隧道的检测。当激光，编码器开始工作，将车轮转动时产生的脉冲反馈给计数器，计数器将码器的所有脉冲开始累加；当离开隧道时，激光开始工作，编码器关闭，将车轮累加的总脉冲数传给处理器，通过一定的算法进行计算，得出隧道的长度；同时为减少误差，在后轮前个安装一部编码器，最后对其脉冲只求平均值，得出隧道的最终长度。电机的机械特性直接关系到赛车系统的驱动性能，通过以下两个模块进行必要的分析。 ⑴.舵机控制模块 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出，如图4所示。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 (a) (b) 图4 输入信号脉冲宽度和舵机输出角度的关系图 ⑵.直流电机控制模块 这里重点分析一下负载变化对电机转速的影响，降压回馈制动以及电压反接制动性能。电机开环机械特性曲线如图5所示。 图5电机开环机械特性曲线 从图5可以看出，电机稳定运行时的阻转矩为Ta，转速为n1，若突然阻转矩增加到Td，转速经回馈制动后稳定在n2。若要赛车在不同负载下获得稳定的速度，开环调速系统是不能实现的，只能加上速度传感器来实现闭环调速。 当降压减速时，电压突然降到零由于机械惯性，转速不能马上降为零，A点跳到B点，产生制动转矩Tb。对一般电机而言，绕线电阻都不大，特性曲线的斜率就很小，那么制动转矩Tb大于稳定运行时的电磁转矩Ta。 当电压反接制动时，电机高速运行，反接制动转矩几乎是减压制动转矩的2倍，同时电流也是降压制动时的两倍，要比额定电流大的多。为了提供这样的大电流，两片33886并联实在是很有必要的。 3.6 车体机械结构 车辆机械方面的调整无疑是影响速度的一个关键因素，所以我们在车体结构设计、传感器模块安装、转向机构调整等方面进行了讨论。车体结构设计从以下几个方面着手：车身简捷、底盘稳定、控制灵活、行进快速。同时为保证赛车的稳定性，在安装各模块时应保证安装的左右对称和前后轴载荷比适当。 图6 车体机械结构示意图 四．技术路线及可行性分析 4.1.循迹 智能车循迹示意图 注：A摄像头的覆盖范围，B黄线，C摄像头，D白线，E小车 我们采用CCD进行循迹，主要过程如下： 小车开启后TSL1401CL线性CCD开始工作，对路况信息进行采集。 赛道信息的采集，因为赛道存在反光，并且赛道的受照强度也是不一样等多种复杂情况的发生，所以我们采用阈值和