第二章 系统整体介绍
系统的硬件电路板部分大体可概括为六个部分：
单片机最小系统板：我们采用的飞思卡尔公司的系列的16位单片机MC9S12XS128,它是系统的控制核心，具有丰富的资源，功能足以进行小车的控制。
(2) 电源管理电路模块：此模块为整个电路系统提供电源，要求电源的质量高，电压稳定。我们采用的2940是和AMS1117分别为系统提供5V和3.3V的稳定电压，电机则直接由电池供电。
(3) 电机驱动电路模块：本模块为单片机与电机之间提供一个接口，让单片机可以有效地控制电机。要求驱动电路的驱动电流足够大，内阻小，开关频率高等。我们采用的是BTS7960半桥驱动芯片，它的驱动能力强，满足D型车模260电机的需求。
(4) 为直立控制设计的传感器模块：要让车模站立起来，我们采用的是组委会规定使用的村田公司的ENC03系列陀螺仪和飞思卡尔公司的MMA7361加速度计。这两种传感器各有特点，相互补充就可以实现车模倾角和角速度的测量，为直立控制奠定基础。
(5) 循迹传感器模块：车模识别路径使用了组委会指定的TSL1401系列的线性CCD。
(6) 其它附加模块：这包括蓝牙模块和液晶按键模块。蓝牙和按键液晶模块设计成可方便插拔式的，在调试过程中起辅助作用。
2.3软件系统的介绍
系统软件部分大体可分为四个部分：
(1) 车模直立控制器：直立控制器是要通过陀螺仪和加速度计整合后的输出值来控制电机，使车模实现直立，而难点就在于两种传感器的整合，这是车模直立的关键所在。如果车模倾斜的角度和角速度不能精确的得到，直立就很难做好。这两种传感器都是基于微机械工艺的传感器，它的特点是成本低、体积小，在低成本的同时，也会带来精确度的下降，所以这就需要较好的软件算
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法来进行传感器的融合，通过融合得到一个准确的角度和角速度信息，为直立控制打好基础。
(2) 车模转向控制器：这是算法的重点所在，因为比赛要求以尽量快的速度跑完整圈赛道。这就要求能对赛道做出精准的判断，
(3) 车模速度控制器：速度控制也是本系统的一个难点，因为这个两轮倒立模型本来就是一个不稳定的非线性系统，速度控制和直立控制之间存在耦合
(4) 车模调试系统：这部分是为方便调试和监控车模的运行所做的附加部分，但也是为追求好的控制效果所必须有的。调试系统包括无线数传部分，它可以把单片机检测到的数据传到PC机上，供上位机分析，这样对车模运行的快速性和稳定性有很大的帮助，第二个部分是人机交互接口，液晶和按键模块，有了这个部分就可以更加方便的调试车模，提高调试的效率。
速度控制器 转向控制器 直立控制器 车模 车模以最优路径稳定快速的行驶 信息分析 与决策 角度及角速度测量 赛道信息获取 车模速度测量
图2-3 软件控制框图
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第三章 机械结构
3.1 车模简介
车模采用广东东莞博思电子数码科技有限公司提供的D型车模，按照大赛组委会的规定，对车模的改动是有一定限制的，不能随意改动车模的电机、齿轮传动比、轮距、底盘等。D型车模采用的是两个RN—260型号的直流有刷电机，电机的功率相对去年直立电磁车较大。今年光电组采用两轮直立行走的方式，所以和去年电磁车相同，车模两个前轮及其转向机构是可以完全去除，再去除被动悬架之后，车模就只剩下两个电机、两个轮子、齿轮传动机构、电池和底盘。之后就将在此基础上逐步完善这个两轮直立循迹小车系统。
图3-1 D型车模
3.2 车模机械调整
3.2.1 车模的固定
由于直立车是一个比较特殊的系统，车模整体的机械结构对直立控制、速
度控制以及转向控制会有很大的影响，不同的机械结构小车的性能会有很大的不同，直立车模型可以视为一个一级倒立摆，但是由于车模的底盘和电机的连接部分存在的一个很大的缝隙，缝隙导致车模在直立行走时发生震荡，从而车模的物理模型就有一级倒立摆演变为二级倒立摆，那么此时再用一级倒立摆的程序来维持小车的平衡就很困难了，当小车在快速度跑动的过程中，轻微的震
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动或者抖动都会对小车造成较大的影响。为此，我们最终用PCB板来固定车底盘和电机部分，并将PCB板切割成固定的形状，去除其他多余的部分，以确保车模的稳定直立运行。
图 3-2 车
模固定板
3.2.2 车模电路板设计安装
为了尽量降低车模重心，我们对电路板进
行了改造，并改变了电路板的位置，为了尽量车模降低重心，特意重新设计了将主控电路与驱动电路整合的L字形PCB电路，并改变了电路板的位置，将其和电池放在同一面，驱动模块位于电池下面，有效利用了车模正面的安装空间，并同时搭载了液晶显示器件，合理的利用了车身所能提供的空间，L形电路板如下
图
所
示
。
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第三章 机械结构
图3-3 电路板的设计安装
3.2.3 车模电池位置的固定
电池是整个小车中质量最大的一个部分，它的位置对小车系统的重心影响
较大。经过多次尝试，并尽量降低车模整体重心，最终确定把电池放在车模的背面，并对电池的高低进行了调整，最终使电机几乎靠近轮子的轴心的位置，这样电池的位置就几乎放到了最低位置。
图3-4 车模电池位置
固定好电池后，车模的总体质量要注意，质量越大，车模的惯性也越大，对于小车系统来说，它对速度和转向都要求很高的灵敏度和灵活度，所以整车应该越轻越好。在系统需要添加硬件的时候，必须把它引入的质量而加大了车
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