ST夯實(shí)MCU戰略 無(wú)線(xiàn)、安全、AI成為發(fā)力點(diǎn)

*帶隊教師：左義海 寇元

本組使用的是自制車(chē)模，采用宏晶公司的stc8g2k64s4作為核心控制單元，自主構思控制方案及系統設計，包括傳感器信號采集處理、控制算法及執行、動(dòng)力電機驅動(dòng)等，最終實(shí)現一套能夠自主識別路線(xiàn)，并且可以實(shí)時(shí)輸出車(chē)體狀態(tài)的智能車(chē)控制硬件系統^[1-2]。

圖1 車(chē)模整體視圖

1   智能車(chē)軟件整體設計方案

軟件部分的設計主要是對微處理器stc8g2k64s4 的程序編寫(xiě)，通過(guò)計算，對其各個(gè)端口進(jìn)行讀寫(xiě)控制，即將傳感器獲取的電信號通過(guò)單片機端口讀入，并經(jīng)過(guò)處理，進(jìn)行控制算法，最終通過(guò)單片機端口輸出給硬件電路，對車(chē)速、打角等硬件電路進(jìn)行控制，最終實(shí)現對車(chē)輛機械部分的控制^[3-5]。軟件的設計原則主要是：效率、結構化、規范、易讀。因為軟件部分涉及到端口輸入輸出數據的處理，要對車(chē)輛硬件進(jìn)行控制，因此要提高軟件處理的效率以達到控制的及時(shí)性。另外，整個(gè)控制環(huán)節有緊密的邏輯關(guān)系，因此，軟件的結構合理和規范化的設計有助于調理邏輯關(guān)系，便于修改、調試、擴展及擁有較強的適應能力。程序編寫(xiě)選用MDK 為編譯環(huán)境，C 語(yǔ)言為主要程序編寫(xiě)語(yǔ)言。軟件系統是對傳感器等輸入設備輸入的信息進(jìn)行處理，然后通過(guò)一定算法，得到控制輸出，對現有的硬件電路進(jìn)行調度和控制，從而使智能車(chē)按照賽道前進(jìn)。軟件系統要達到的最終目的是讓智能車(chē)更快更穩的在賽道上行駛，從而真正達到“智能”。

2   賽道特殊元素處理方法

2.1 車(chē)庫處理方法

對于車(chē)庫，我們的思路是：

檢測→程序執行打角→程序執行直走→停止

●   檢測：我們先后試過(guò)紅外，干簧管，磁力計。經(jīng)對比，我們采用一根彈簧將磁力計吊在碳桿上的方案。

●   程序執行打角：檢測到車(chē)庫之后，車(chē)模就開(kāi)始進(jìn)行打角，在這里我們采取固定轉向的方法，我們通過(guò)控制車(chē)模打角的時(shí)間來(lái)使車(chē)子打角。車(chē)模打角的時(shí)間是通過(guò)大量實(shí)驗得出數據，然后用matlab 擬合出一條時(shí)間-電壓曲線(xiàn)，通過(guò)這條曲線(xiàn)計算出來(lái)的。

● 程序執行直走：打角程序執行完成后我們控制車(chē)模直走進(jìn)庫，直走也是給的固定占空比，我們同樣是控制車(chē)模執行程序的時(shí)間來(lái)完成這一步驟。

圖2 車(chē)庫

2.2 環(huán)島處理方法

圖3 環(huán)島

圖3 為一個(gè)標準的環(huán)島，我們的處理方法主要基于我們的電感排布方式，所以不一定普遍適用。我們采用的電感排布是“三橫兩豎”。由于環(huán)島鋪設是有一個(gè)點(diǎn)或一段距離是電磁線(xiàn)重疊的，這個(gè)區域的電感值會(huì )明顯區別于別的地方，根據這一特征我們將其判斷為環(huán)島。之后再通過(guò)豎直電感和水平電感的偏差擬合出一個(gè)新的偏差，以此進(jìn)環(huán)。最后需要對出環(huán)進(jìn)行處理，防止一個(gè)環(huán)島繞幾圈而耗能。

2.3 坡道處理方法

由于坡道鋪設有明言規定電磁線(xiàn)會(huì )鋪在坡道表面（如圖4），所以說(shuō)到了坡道處水平電感會(huì )有突變，經(jīng)多次測試，中間電感值變化最明顯，又加了陀螺儀判斷當前角度為車(chē)模正常行駛的角度作為輔助判斷條件。經(jīng)多次測試后，該方案可行。

圖4 細則中鋪設坡道說(shuō)明

軟件控制是基于機械系統和硬件系統的完善的基礎上開(kāi)展起來(lái)的。我們設計電磁程序控制算法的時(shí)候，首先根據不同放大倍數的電磁運放傳感器，確定了我們所需要采取的數據，然后配合上位機將電感值反饋回來(lái)，再配合各個(gè)傳感器的數據進(jìn)行分析和處理。通過(guò)嘗試過(guò)的方案優(yōu)劣比較，最終確定采集特征值判斷，效果比較明顯。

3   結語(yǔ)

軟件設計是在機械和硬件得到保障下的一項工作。因為有些問(wèn)題從軟件上解決或許很棘手，但是從機械或硬件上入手就會(huì )很簡(jiǎn)單，所以在機械和硬件設備完善的情況下軟件設計起來(lái)會(huì )相對順利。先在桌面上靜態(tài)調試使車(chē)模直立起來(lái)，接著(zhù)電感進(jìn)行濾波計算偏差，然后上算法循跡，最后再綜合調試。直立控制上我們采用的是PD 控制，轉向算法上我們也采用的PD 控制，處理特殊元素時(shí)我們采取特征點(diǎn)來(lái)判斷。電機控制算法上我們有所不足，但是我們肯定會(huì )繼續努力，繼續嘗試不同的算法，完善我們小車(chē)的控制程序。

參考文獻：

[1] 關(guān)于舉辦第十五屆全國大學(xué)生智能汽車(chē)競賽的通知[EB/OL].[2020-6-6].https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/106581683

[2] 王盼寶,佟超,曹楠,等.智能車(chē)制作[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[3] 張劍平.模擬電子技術(shù)基礎[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[4] 閻石.數字電子電路基礎[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5] 邵貝貝.單片機嵌入式應用的在線(xiàn)開(kāi)發(fā)方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）