根据竞赛要求,参赛队伍需在组委会统一提供的车模平台上,自主选择传感器类型以及恩智浦公司的核心处理芯片,设计系统硬件电路,开发软件算法。智能汽车主要包括3部分,分别为车模的机械结构、硬件电路和软件算法,每一个部分又由多个子功能模块构成。所以要构建一个完整的小车系统,必须先对各个模块进行论证和设计,再将各模块组合成一个完整系统,进行系统整体调试。
(1)系统总体结构
智能汽车自动循迹运行主要依靠的是3个功能系统:检测系统、控制决策系统、动力转向系统。其中检测系统采用CMOS数字摄像头、电感传感器与编码器,控制决策系统采用K60单片机作为主控芯片,动力系统主要控制舵机的转角和直流电机的转速。系统工作原理如下:通过摄像头传感器检测前方的赛道图像信息,通过电感采集赛道磁场信息,并将赛道图像信息与电感信息发送给单片机。同时,通过编码器将车模的实时速度传送给主控单片机。根据赛道信息和车模当前的速度信息,由主控单片机做出决策,并通过PWM信号控制直流电机和舵机进行相应动作,从而实现车模的转向控制和速度控制。四轮车模系统总体结构如图6.1所示。
四轮车模的硬件电路主要由12个部分组成:MK60DN512VLQ10芯片及其外围电路,电源管理模块,图像采样处理模块,电感采集处理电路,速度检测电路,电机驱动电路,舵机驱动模块,图像参数显示模块,串口通信模块,加速度检测模块,红外测距模块,其余的辅助调参模块。
①K60芯片及其外围电路是系统的核心部分,负责接收赛道图像数据、车模速度等反馈信息,并对这些信息进行恰当的处理,形成合适的控制量对舵机与驱动电机模块进行控制。
②电源管理模块给整个系统供电,保障系统安全稳定运行。
③图像采样处理模块采用数字摄像头OV7725,用于获得赛道信息供单片机处理,是智能汽车的“视觉系统”。
图6.1 四轮车模系统总体结构框图
④电感采集处理电路通过5个工字电感采集赛道电感值信息,用于车模在断路元素部分循线。
⑤速度检测电路采用欧姆龙小型编码器E6A2-CW3C。
⑥电机驱动电路采用MOS全桥驱动电路,可以实现电机的正反转。
⑦舵机驱动模块控制舵机的转向。
⑧为了方便调试时观看图像及显示参数采用了0.96 in(1 in=2.54 cm)OLED显示屏。
⑨采用蓝牙串口通信用于得到小车实时行驶参数。(https://www.xing528.com)
⑩采用陀螺仪MPU6050检测小车加速度信息,用于坡道检测。
采用红外测距采集前方障碍距离信息,用于横断元素判断。
辅助调参模块包括键盘模块、拨码开关、LED指示等。
(2)智能汽车软件系统运行主要流程
①各个功能模块的初始化。
②检测开关按键信息,执行相应指令。
③各传感器信号的采集(摄像头、陀螺仪、编码器、电感等)。
④传感器信息处理及赛道元素的识别。
⑤计算速度误差、电感偏差与中线误差。
⑥车模运行控制:速度控制,转向控制。
智能车程序运算流程图如图6.2所示。
图6.2 智能车程序运算流程图
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