平衡组初步方案.docx
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平衡组初步方案
第十届飞思卡尔智能车
平衡组技术方案
本文只针对第十届规则第二版初稿中与前几届的不同之处进行系统设计,硬件电路设计和软件程序设计
陈贵宾
2014/11/4
目录
一、发停车方案设计3
1、系统设计3
2、红外检测硬件电路设计5
3、红外接收器的实际实验6
二、直角弯方案设计7
1、直角弯分析7
2、软件设计8
三、中心线引导方案设计9
1、中心引导线分析9
2、软件设计10
一、发停车方案设计
1、系统设计
1)方案论证
a、起跑姿态的选择
方案一:
发射灯塔的灯熄灭前,启动“平衡静止模式”,即车模仅两轮胎与地面接触并且保持宏观上的静止不动,当灯塔的灯熄灭后,立即加速前进。
此方案中,车模静止时的倾角与前进时的倾角相差较小,减少了起跑阶段PID的调节时间。
方案二:
发射灯塔的灯熄灭前,车模除两轮着地外,电池支架也与地面接触(本方案智能车采用“北科结构”见图1)此方案发车前,车模位置稳定,可保持“绝对”静止状态,避免引起歧义,但静止时,车模倾角与前进时相差加大,增加了起跑时的调节时间。
我们选择方案一。
图1平衡车“北科”结构
b、灯塔发射灯检测模块的选择
方案一:
根据网上流传的第二版规则,发射灯塔的装置如图2所示,我们最先想到采用光敏电阻检测灯塔中的红色LED灯,由于LED灯的尺寸和电流较大,发光较强,与周围环境可形成较强的对比,并且光敏电阻检测方案简单,价格低廉。
但易受外界的光线强度影响。
方案二:
采用CCD自身检测,首先CCD只能检测一行,并且其对红色LED灯和红外LED灯的反应还有待实验考证。
方案三:
经过我们仔细推敲,发现发射灯塔中每一组的两种灯的作用,并不应该都是用于给智能车检测用,红色LED灯起视觉观赏作用,红外LED灯才真正用于智能车发停车检测。
除发射灯塔外,赛道其他地方并无强红外光线,这样可大大降低误检率,提高系统的稳定性。
并且红外接收电路的设计与程序上的处理也并不复杂。
我们采用方案三。
图2发射灯塔装置图
2)方案描述
起跑时,先将平衡车放置于起跑区内,由于规则初稿中并未提及智能车与发射灯塔的距离,所以发车时我们将车模尽量放置于靠近发射灯塔的位置,以减少智能车在发车区的时间。
在灯塔灯熄灭前,使智能车进入“平衡静止模式”,当发射塔的灯熄灭时,智能车检测不到红外线后,开始前进,进行竞赛。
当智能车顺利跑到“冲刺阶段时”,检测到红外线时,记下标志位1(检测方案可以选择检测跳变沿和检测高低电平,具体由实际实验考证),但并不应该像规则初稿中描述的“准备减速慢行”,这样将会降低车模速度。
计时系统检测到车模通过时,发射灯塔中的LED灯全部熄灭,智能车检测到后记下标志位2,立即停车,由于测速模块采用K60的“正交编码”功能,在此基础上的PID控速方案可以有效防止车模停车距离过长的问题。
2、红外检测硬件电路设计
与前几届的智能车规则相比,第十届增加了发射灯塔发车规则,相应的硬件需要增加红外接收电路,电路设计如图3:
图3红外接收电路原理图
3、红外接收器的实际实验
我们用腐蚀板自己做了一个实验版的红外接收器,装置如图4所示,硬件参数调整后,只用一个接收器便可检测到道路前方的红外线,有效距离80cm,但出现了停车时检测不到的情况,分析后,是车模前进状态的倾角与发车时不同所致,为此我们决定在竖直方向安装两个,实验效果明显改善。
由于发射器体积小,故可以并联安装3~5个,以提高检测率。
图4实验版红外接收器
二、直角弯方案设计
1、直角弯分析
智能车在进入直角弯之前,会遇到在直角弯道两边距离1米处路面上有宽度为10厘米、长度等于路宽的黑色标识。
为保证智能车保持高速前进,我们充分利用直角弯标志而不对智能车进行减速处理。
该赛道元素如图5所示:
图5直角弯赛道元素示意图
2、软件设计
针对上述直角弯赛道元素,设计系统工作流程图如图6所示:
图6直角弯处理流程图
三、中心线引导方案设计
1、中心引导线分析
根据经验,智能车寻单线,理论上应该比寻双线要简单,但怎样使智能车在寻双线和寻单线之间切换而又不降低智能车的速度和稳定性,需要软件严谨的处理。
如果寻双线和寻单线使用同一种智能算法,将大大降低程序的复杂程度并提高系统整体的稳定性,第二部分对此进行探讨。
该赛道元素如图7所示:
图7中心引导线赛道元素示意图
2、软件设计
针对上述中心引导线赛道元素,设计系统工作流程图如图8所示
图8寻线处理流程图
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- 平衡 初步 方案