賽題分析

通過對(duì)賽題的分析研究，我們認(rèn)為，要完成題目需要滿足以下幾點(diǎn)要求：

1）實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)尋跡功能。題目要求小車需要沿著標(biāo)記線自動(dòng)行駛，到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，需要發(fā)出聲音提示，且小車整體投影不得脫離標(biāo)記線。

2）10s—20s時(shí)間內(nèi)任意設(shè)定。同時(shí)行駛過程中需要以勻速狀態(tài)行駛，并且設(shè)定的時(shí)間與實(shí)際的行駛時(shí)間誤差不能超過1s，總共行駛時(shí)間不得超過30s。

3）要求指定角度實(shí)現(xiàn)小車勻速爬坡。同時(shí)規(guī)定行駛過程中不能停頓、打滑、碾壓標(biāo)記線。

4）利用TI的MSP430/MSP432 平臺(tái)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)四輪電動(dòng)小車。要求小車能沿著指定路線在坡道上自動(dòng)循跡騎線行駛。

硬件部分

1）坡道木板的搭建。

在構(gòu)建坡道部分賽題中有相應(yīng)的要求：坡道用長、寬約 1m 的細(xì)木工板制作，允許板上有木質(zhì)本色及自然木紋。

木工板表面鋪設(shè)畫有1cm×1cm黑白間隔的紙條（以下簡稱為標(biāo)記線）作為路線指示；標(biāo)記線起始段為直線，平行于木板兩邊；

標(biāo)記線在坡頂轉(zhuǎn)向 90°，轉(zhuǎn)彎半徑 20cm；標(biāo)記線平行坡頂距離≥30cm，距坡頂距離≤20cm；標(biāo)記線總長度為1m。

停車標(biāo)記為寬1cm長5cm的黑色線條，垂直于坡頂標(biāo)記線。行駛路面不得鋪設(shè)除標(biāo)記線外的任何材料。小車全程在木工板上行駛。

依據(jù)該要求，我們搭建了符合題目要求的坡道木板，但因?yàn)椴馁|(zhì)的問題，之后小車的行駛并不是很順利，總是會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤的識(shí)別，可能也是由于材質(zhì)本身的原因，所以后面我們又采用了另一種材質(zhì)木板，最后以此搭建的坡道能夠結(jié)合小車很好的完成相應(yīng)的題目要求。

2）小車的搭建

賽題對(duì)小車的要求是：

小車必須獨(dú)立運(yùn)行，車外不能使用任何設(shè)備（包括電源）。

小車（含電池）重量小于1.5kg，外形尺寸在地面投影不大于25cm×25cm。

總的來說，做出小車的過程可謂是一波三折，實(shí)際上來講，我們都不知道總共做了幾版小車了，做出來的小車總會(huì)在某個(gè)地方遇到難以跨越的阻礙，剛開始時(shí)，采用的是結(jié)合MSP432結(jié)合灰度模塊的方案，然后輪子采用的是固定前面兩輪，后輪采用差速的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)90度彎；

首先采用兩個(gè)灰度模塊并行在小車前方，用于保持小車不走出黑白線組成的道路，之后采用另一個(gè)灰度模塊來識(shí)別黑塊，該灰度模塊用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎控制，實(shí)際上的效果是，在直線方向上，還是能夠?qū)崿F(xiàn)較好的效果，當(dāng)現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，由于輪子本身稍大且本身車體寬的原因，小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，必定壓線。

在試過多次后，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)不行，于是就將前面兩輪更改成了用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，只是在轉(zhuǎn)彎時(shí)給一個(gè)差速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，前面差速與后面差速是不一樣的，前面的差速能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)彎不壓線的效果，再之后我們又發(fā)現(xiàn)了利用舵機(jī)轉(zhuǎn)向來控制方向的辦法。

事實(shí)上，這樣帶來的效果更好，但同時(shí)我們?cè)跍y試的過程中又發(fā)現(xiàn)一個(gè)存在缺陷的地方，那就是灰度模塊只有識(shí)別到黑塊才會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，那么這樣就會(huì)遇到一個(gè)問題，就是起始的位置不同，會(huì)使得小車到轉(zhuǎn)彎處的位置不一樣，那么固定的用于識(shí)別轉(zhuǎn)彎的灰度模塊實(shí)際上就會(huì)在有些時(shí)候在需要轉(zhuǎn)彎的地方識(shí)別到的卻是白塊。

當(dāng)如此之后，小車實(shí)際上就會(huì)直接直行出黑白線通道，而不會(huì)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，我們想到的是給小車加模塊的辦法，實(shí)際上也如此做了，但帶來的效果卻不盡人意，在增加代碼的復(fù)雜度的同時(shí)，卻并沒有解決相應(yīng)的問題。

因?yàn)榧由闲碌幕叶饶K之后，雖然最終會(huì)識(shí)別到黑塊，但總歸是在另一個(gè)位置識(shí)別到的，在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓線的情況，所以我們舍棄了MSP432加灰度模塊的方案，而使用MSP432加OpenMV的全新方案。

在最后，我們使用MSP432加OpenMV，以及舵機(jī)前輪加上電機(jī)后輪來確定了小車的最終成品結(jié)構(gòu)，實(shí)際結(jié)果表明這樣的方案是可行且有效的。

軟件部分

1）系統(tǒng)軟件平臺(tái)選擇

軟件程序采用keil5平臺(tái)開發(fā)。實(shí)際上對(duì)于TI的板子來說，用CCS來編譯可能會(huì)更好，但由于當(dāng)時(shí)并沒有接觸CCS這個(gè)軟件，也就不太會(huì)用，所以最終采用的是keil5平臺(tái)，但若是采用MSP430應(yīng)該是不能使用keil5的，當(dāng)時(shí)找相應(yīng)的芯片包是并沒有找到的，也就是說可能keil5是不支持開發(fā)MSP430的板子的。

2）主要模塊軟件設(shè)計(jì)思路

1、菜單設(shè)計(jì)思路

在OLED上顯示菜單，菜單主要功能有設(shè)置模式：自動(dòng)尋跡以及規(guī)定時(shí)間內(nèi)尋跡；以及設(shè)置PID參數(shù)和設(shè)定電機(jī)速度等功能，主要是為了能在調(diào)控小車時(shí)，能夠快速的找到合適的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以及測試時(shí)方便選擇相應(yīng)模式進(jìn)行測試。

2、電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思路

采用三路PWM輸出，一路用于控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，另外兩路控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于電機(jī)不同，所以用到了兩個(gè)定時(shí)器輸出PWM，一個(gè)50HZ，另一個(gè)給10KHZ。

3、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)思路

接收OpenMV傳來的識(shí)別到的黑塊位置，MSP432對(duì)數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，控制電機(jī)和舵機(jī)做相應(yīng)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等相應(yīng)功能。

4、控制模塊

控制部分，為了保持勻速行駛，采用PID閉環(huán)控制電機(jī)到達(dá)規(guī)定的期望值，同時(shí)考慮到上坡時(shí)不僅有摩擦力，還有車體本身重力的斜向下分力，在PID控制時(shí)，I的系數(shù)需要較為精準(zhǔn)，過大過小都會(huì)使小車失控，同時(shí)，為了防止小車在行駛過程中會(huì)誤識(shí)別其它黑點(diǎn)，所以，加上了最小值濾波，以防止此類情況出現(xiàn)，實(shí)際效果良好。

實(shí)物展示

總結(jié)

對(duì)我們來說，軟件部分難度相對(duì)不大，比較吃力的是小車結(jié)構(gòu)上的搭建，為了盡可能的爬陡坡，我們把小車搭了拆，拆了搭，做了大車，小車，寬車，窄車，重車，輕車，光結(jié)構(gòu)就換了十幾種。

我們發(fā)現(xiàn)電機(jī)太小的話，30度的坡上不去，而車體太重上坡也會(huì)比較困難，所以我們選用大電機(jī)并且減輕車的負(fù)重。還有就是車底重心越低，爬坡能力越好。

為增大摩擦力，我們選用了面積大的軟質(zhì)輪胎。電池和驅(qū)動(dòng)也要合理選擇，在滿足要求的情況下盡量使用質(zhì)量輕的驅(qū)動(dòng)模塊和電池。轉(zhuǎn)彎部分的速度也要把握好，當(dāng)時(shí)我們使用開環(huán)在跑道上實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)減速拐彎，但終歸是個(gè)小聰明，不是真正的循跡，經(jīng)過不斷的嘗試還是換成了閉環(huán)控制。最終得以圓滿的完成了題目。

-END-

最 后

關(guān)注下方公眾號(hào)，后臺(tái)回復(fù)【電賽】，送你一份電賽學(xué)習(xí)資源。