第7章 智能车调试
在智能车调试的过程中主要采用的开发工具是清华大学开发的BDM for S12，调试软件采用了Codewarrior4.6，以及数字示波器、万用表等试验设备。
智能车调试总共有二个阶段，第一个阶段，调试自行开发的硬件电路板和各个子程序、主程序；第二阶段自制了不同跑道调试智能车的速度和转向性能等，根据试验，修改软硬件。
7.1 软硬件调试
首先对设计的电源电路、采样电路、直流电机驱动电路等硬件电路板进行调试。
在软件设计中，需要用到定时器模块、ATD模块、PWM模块等。在编写主程序前，应该先对各模块分别进行调试，编写各个部分子程序。
在每一部分子程序调试通过后，结合外围电路对所有子程序进行整合，根据小车工作原理，编写出完整的主程序。在Codewarrior 4.6界面完成程序编译后，通过BDM工具，将程序下载到MC9S12DG128B微处理器中，然后进行小车的调试。
7.2 智能车工作模块调试
7.2.1 传感器及外围电路的调试
反射式红外传感器的调试分为机械调试和电路调试。机械调试的主要任务是保证传感器组位于小车的最前端，并与地面保持合适的距离。电路调试过程是找出合适的阻值，使检测电路工作在最佳状态，并使各个传感器的电压输出值均保持在一定值附近。我们对红外传感器进行了测定，并进行了记录，如图7.1所示，经过多次试验，我们得出的结论是红外传感器在3cm高度的时候最稳定，抗干扰能力最好。
7.2.2 舵机的调试
调试舵机必须得出不同PWM值下对应的转角关系，为此，我们设计了专门的舵机测试电路，编写了专门的舵机调试程序，用按键控制PWM值，
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并在LCD中显示，图7.2 就是我们经过反复实验测得的PWM与转角关系图。
图7.1 不同阻值下高度(mm)与电压(v)的关系图
图7.2 舵机转角与PWM的关系图
7.2.3 直流电机的调试
舵机和传感电路调试完成后，将直流电机接入电路，先不将小车放到跑
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道上，在白纸上稍微将后轮悬空，用黑线在下面移动，用示波器观测电机两端的PWM信号是否按要求改变，确认无误后可以拿到跑道上进行试车。让小车在一段直行道行驶后，进入一曲率半径为最大值的曲线。反复试验，得出保证小车不驶出轨迹的最大占空比。由此计算得出直流电机的最大转速，此后的软件控制过程中须保证直流电机的转速不大于此值。 7.2.4 整体调试
各部分子电路调试结束后，对小车整体进行调试。先令小车以某一较低的速度行进，通过弯道时保证有较合适的舵机转角。在舵机转角调试过程中得到的经验值基础上进行修改。利用软件对参数进行修改，提高小车直流电机的转速和修改舵机转角。如此反复进行，直到得到较为合理的经验值。先让小车行驶稳定，在此基础上逐渐提高小车速度。
此外，小车由直道渐入弯道时，为防止小车速度过大因惯性作用冲出车道，需要在此时对直流电机进行减速。找到临界速度，看超过多大速度小车易于冲出跑道，积累一些经验值。
7.3 实道调试
如图6.2所示我们搭建了一个简单的赛道。
图6.2 调试赛道
赛车的行驶性能和很多因素有关因此需要进一步的实道调试： (a) 外部因素
外部因素主要指外界干扰对光电传感器的干扰，由于我们使用光电传感器紧贴赛道因此很大程度上减少了干扰，而且光电管采用红外光电管，只对940nm波长附近的光线有动作，因此赛车的抗干扰能力很强。通过测试在开灯、黑天、白天以等情况探测器还是能正常工作。
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(b) 重量因素：
重量因素是影响赛车性能一个很重要的因素。赛车重量较重时可以带来轮胎较好的贴地能力，可以防止侧滑，但是带来的负面影响更多。首先 重量大意味着惯性的增大，因此加、减速时所花费的时间就更长；其次，大重量的赛车在弯道的转弯不会非常迅速。因此赛车的重量应该越轻越好。我们车减少了多余的模块，并将重心前移，降低底盘等调整来使车子的加减速更加灵活。
(c) 光电探测器伸出车体长度因素： 赛车本身是一个纯滞后系统，在赛车跑的过程中，存在比较大的滞后。包括电机的加减速有很大的滞后，舵机的转向也有很大滞后，因此越能提前对赛道状况进行判断就越能更好的抵消这种滞后。由此看来，传感器的前瞻越大响应越好。但是比赛对车长有限制，而且车体过长，会引起转弯带来的车体超出赛道部分过多。传感器部分的重量会以前轮为支点，根据杠杆原理使后轮的受压减小，从而降低赛车的机动性能。经多次试验，发现转弯时超出赛道部分的车体的长度并不会明显因为探测器伸出车体而增加。为达到最大的前瞻，我们把前排光电管架在车体前14cm处，效果比较理想。
(d) 速度设定值的确定：
依照我们调试的经验，赛车恒速运行往往能取得比较好的效果，赛车行驶时理想的速度应该是恒值，但赛车在弯道时把一部分驱动力通过摩擦消耗掉，因此在弯道时即使设定速度不变赛车还是会减速，减速的程度取决于转弯的程度。因此在弯道为了使赛车仍然保持恒速就需要增大速度设定值。我们的设计中让速度设定值随转弯的程度越大而线性增大。通过观察，弯道速度没有出现明显的下降。
(e) 刹车的目的是使赛车在入弯时能有效减速，而且不能影响赛车在直道和弯道的速度。所以刹车的要求就比较严格，也就是说，必须在条件满足时进行刹车。
赛车的调试没有明确的参数，因此只能通过观察特征赛段的赛车行驶状况来不断改进。直道、S型弯、干扰线这三个特殊地方的性能提高意味着赛车整体速度的提高。
调试时开始我们以1、4m/s的匀速，完成整个赛道的记忆。然后在第二圈加速，经测试在直道的速度可达到2.2m/s,弯道的过弯速度经调整达到1.8m/s的极限速度。
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7.4 模型车的主要技术参数说明
项目 参数
路径检测方法（赛题组） 光电 车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米） 380*186*87 车模轴距/轮距（毫米） 124 车模平均电流（匀速行驶）(毫安) 1040
电路电容总量（微法） 1600 传感器种类及个数 光电管，15个 新增加伺服电机个数 0个
赛道信息检测空间精度（毫米） 5 赛道信息检测频率（次/秒） 400 主要集成电路种类/数量 两片MC33886， 两片IRF540N等
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LM2940 两片