智能车硬件.docx

车型设计
1.转向机构调整
车模转向由前轮舵机经过连杆将转动变为平行四边形结构的转动，从而实
现了前轮的转动。默认的结构中，舵机侧卧放置，由于舵机的转动中心不在侧
向的中心，造成了转动中心偏向一侧的情况，同时转动中心距离地盘比较小，
造成舵机臂不能太长。以上两个原因导致了在完成左右同等角度的转向是，舵
机需要分别向左右打出不等但都比较大的角度，这将会导致左右转向的响应速
度上的差以及总体效率的地下。考虑到本届比赛所使用的FutabaS3010舵机在
中心附近的执行效率最高，同时舵机的力矩远大于默认安装所需要的力矩，我
们考虑加长舵机臂并且让舵机转动中心位于车身左右中心上，加长舵机臂使得
在转动相同角度过程中，舵机需要转过的角度大大减小，提高了响应速度。但
是加长舵机臂要有度，若太长，舵机提供不了转向所需要的力矩，轻者使小车
转向不足，重者会导致舵机烧毁。在反复测试之后，我们舵机转轴中心到连杆
连接部分的中心距离为2.7cm。为了让舵机处于车身中心，我们自己设计了一套
支架，将舵机卧向安装，及转动轴向下的方式来安装舵机
该方案的优点是：
一、可以根据需要选择舵机输出杆的长度，从而获得所需要的灵敏度，但是舵
机输出杆的长度也不能太长，因为这会对舵机的输出力矩有较高的要求，太长
会烧坏舵机。
二、效率较高，舵机的单边（例如取左边）效率,对于长连杆方案来说，左轮角
在增大的同时，右轮角在减小，而且角是在0-45度之间，同时的变动也比较小
（45度-135度），因此长连杆的效率变动较小且效率较高。
三、转角大，由于长连杆方案中舵机输出杆的转动在同一个平面内，当其到达
极限位置时，转角比平行四边形方案要大。
四、转向更灵敏，因为放大倍数较平行四边形方案要大。
2.编码器安装
光电编码器是智能小车速度反馈元件，其安装位置应该充分考虑测速
的准确性和防干扰。由于本届C型车模有两个电机，且我们选用的编码器
体积较大，给按照造成了极大的不便，在尝试了各种可能性后，采用了如图3-6
的安装方式。将两个编码器安装于车模尾部，与车轮传动齿轮耦合。

控制电路设计说明
1.外围接口
主板需要和一些外部设备进行连接，因此需要留出一些接口。由于这是一个
私人使用的小系统，接口不需要遵循公共的标准，只要定义清晰、插拔方便、
不容易混淆或反插即可。
需要留出的接口如下：
一个JTAG接口，14pin，用于连接JTAG、OSBDM等烧写器对单片机进行
编程。
两个两相编码器接口，4pin，用于连接两个两相增量式光电旋转编码器。
一个带电源的SPI接口，6pin，用于连接支持SPI总线协议的外围设备。
一个带电源的SCI接口，4pin，用于连接支持SCI总线协议的外围设备。
一个带电源输入、2路GPIO及4路PWM信号输出的接口，10pin，用于连
接电机驱动板，并从电机驱动板获取电源。
一个带电源和一路PWM的接口，3pin，用于连接舵机。
2.摄像头
摄像头是智能小车系统信息提取关键，其信息输出信息的好坏将首先决定
小车的性能。因此摄像头的选取必须慎重，既要保证图像质量好，满足后续处
理和赛道识别的要求，又要考虑到单片机采集和处理的能力。对于由单片机组
成的小系统来说，摄像头的分辨率不是越高越好。因为这样只会徒增单片机的
负担。
摄像头由镜头、图像传感芯片和外围电路构成。而图像传感芯片是摄像头
最重要的部分。
摄像头按图像传感器分可分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器，CCD
图像传感器通常比CMOS图像传感器高10倍的感光度（ISO）。人眼能看到1Lux
照度（满月的夜晚）以下的目标，CCD图像传感器通常能看到比人眼略好，大
约能看到在0.1~3Lux照度以下的目标，是CMOS图像传感器感光度的3到10
倍。CMOS图像传感器的感光度一般在6Lux到15Lux的范围内，CMOS图像传
感器有固定比CCD图像传感器高10倍的噪音,固定的图案噪音始终停留在屏
幕上好像那就是一个图案，因为CMOS图像传感器在10Lux以下基本没用。但
是CMOS图像传感器可以将所有逻辑和控制环都放在同一个硅芯片块上，可以
使摄像头变得简单，因此CMOS图像传感器可以做得非常小、便于携带。同时
CMOS图像传感器非常快速，比CCD图像传感器要快10到100倍，而且CMOS
传感器不需要复杂的处理过程，可直接将图像半导体产生的电子转变成电压信
号。
而根据摄像头输出信号的形式摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头。数字
摄像头是一种数字视频的输入设备，利用光电技术采集影像，而不像视频采集
卡那样首先用模拟的采集工具采集影像，再通过专用的模数转换组件完成影像
的输入。数字摄像头的优点是使用简单，输出即为数字信号。模拟摄像头多为
CCD的，按不同档次分辨率不同。与数字摄像头同级的模拟摄像