基于32位MCU的视觉导引自平衡车控制系统硬件设计+电路图(2)
4 视觉引导自平衡车控制系统硬件电路PCB设计 26
4.1 PCB设计流程 26
4.2 PCB板设计 26
4.3 本章小结 29
5 视觉引导自平衡车控制系统机械结构调整与改造 30
5.1 车模简化改装 30
5.2 编码器的安装 31
5.3 角度传感器的安装 32
5.4 电池的安放 32
5.5 摄像头的安放 33
5.6 本章小结 34
6 视觉引导自平衡车控制系统各模块及整车调试 35
6.1 电源管理模块调试 35
6.2 编码器调试 35
6.3 角度传感器调试 35
6.4 电机驱动模块调试 36
6.5 系统联调 37
6.6 本章小结 37
结 论 38
致 谢 39
参考文献40
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
大约30年前，机器人的发展速度比较缓慢。到90年代，计算机、微电子、网络技术等先进技术快速发展，人类不断扩大活动领域，智能化应用[1]也开始从制造领域向非制造领域发展。在军事活动中出现的智能机器人逐渐走入了平常人的生活中。智能车辆是一种应用了多种知识学科知识的高新技术综合体[2]。智能汽车[3]无疑会是未来研究和投资的方向，其中自主驾驶技术是智能车研究的核心技术，无论是发达国家还是发展中国家，都被放在首要发展的重要位置。在这之中，基于视觉的车辆或智能车辆的研究将会更为重要，因为在未来他们将会针对汽车交通问题，比如：事故，拥挤，污染等等，提供一个可能解决方案。快速发展的双轮自平衡电动车就是一种简单的智能车辆，它拥有操作简单、行动灵活等优点，在警用、民用方面均已得到应用。如图1.1所示。
图1.1 警用双轮自平衡车
1.2 智能车国内外研究现状
智能车辆结合了机械、计算机、通信、自动控制、模式识别等多个学科领域[4]。由于智能车系统结合了多个学科，它的综合性很强[5]。全世界著名的国际大公司，高校都在积极参加设计和制作智能车辆，我国也在不断地提高自己的智能车辆水平。
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 智能车关键技术分析
1.3.1 导航技术
导航是指引导车辆稳定、准确地沿着指定规划路线到达目的地的一种手段[6]。准确的导航决定了智能车辆能否正常工作。现代导航技术主要由视觉导航，电磁导航，GPS导航，数字地图，惯性导航等技术[7]。在现在复杂的周围环境中，由于每种导航的方式都有各自的缺点，一般都会采用多传感器融合技术来弥补各自缺点，提高导航工作的可靠性和稳定性，在将来智能车辆发展中，多传感器融合是必不可少的发展方向[8]-[10]。
1.3.2 路径规划
路径规划是智能车导航基础功能之一，智能车需要识别路况，根据检测到的路况做出及时的引导并且根据给定指标[11]-[13]，计算出最优路径。遗传算法、人工神经网络、蚁群算法等算法等都是常见可行的路径规划算法[14]-[15]。
1.4 “飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛简介
飞思卡尔公司，在微控制器生产领域领先于全球，是最大的生产商之一，它的产品种类齐全，功能强大，新产品更新速度快。大赛最早起源于韩国，使用HCS12单片机系列，对提高参赛者综合能力起到了很大作用。2005年开始，自动化分教委员会开始举办中国自己的“飞思卡尔”杯。为了保证比赛公平公正，比赛组织方提供规定的小车模型等配件。每个参赛队伍需要选择所使用的传感器，实现小车对比赛跑道的识别。参赛队伍需要按照指定赛道上跑完全程，所需时间最短的将获胜。比赛队学生知识要求比较高，要求学生能掌握机械，电子，控制，计算机，通信等多个领域的学科[16]，这比赛不仅加深了学生大学四年所学知识的理解，也在制作小车过程中提高了学生的动手能力。2014的第九届智能车比赛，出了新的规则，光电、摄像头、电磁这三种类型的车都需要根据新的规则进行硬件，软件，算法的设计。