01

賽題分析

通過對賽題的分析研究，我們認(rèn)為，要完成題目需要滿足以下幾點要求：

1）實現(xiàn)小車的自動尋跡功能。題目要求小車需要沿著標(biāo)記線自動行駛，到達(dá)目標(biāo)位置時，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時間內(nèi)任意設(shè)定。同時行駛過程中需要以勻速狀態(tài)行駛，并且設(shè)定的時間與實際的行駛時間誤差不能超過1s，總共行駛時間不得超過30s。

3）要求指定角度實現(xiàn)小車勻速爬坡。同時規(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，設(shè)計制作一個四輪電動小車。要求小車能沿著指定路線在坡道上自動循跡騎線行駛。

02

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，但因為材質(zhì)的問題，之后小車的行駛并不是很順利，總是會產(chǎn)生一些錯誤的識別，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

賽題對小車的要求是：

小車必須獨立運行，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，做出來的小車總會在某個地方遇到難以跨越的阻礙，剛開始時，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現(xiàn)轉(zhuǎn)90度彎；

首先采用兩個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，之后采用另一個灰度模塊來識別黑塊，該灰度模塊用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎控制，實際上的效果是，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，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驅(qū)動的方式，只是在轉(zhuǎn)彎時給一個差速，實現(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)了利用舵機轉(zhuǎn)向來控制方向的辦法。

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

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

因為加上新的灰度模塊之后，雖然最終會識別到黑塊，但總歸是在另一個位置識別到的，在轉(zhuǎn)向時會出現(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，以及舵機前輪加上電機后輪來確定了小車的最終成品結(jié)構(gòu)，實際結(jié)果表明這樣的方案是可行且有效的。

03

軟件部分

1）系統(tǒng)軟件平臺選擇

軟件程序采用keil5平臺開發(fā)。實際上對于TI的板子來說，用CCS來編譯可能會更好，但由于當(dāng)時并沒有接觸CCS這個軟件，也就不太會用，所以最終采用的是keil5平臺，但若是采用MSP430應(yīng)該是不能使用keil5的，當(dāng)時找相應(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)計思路

1、菜單設(shè)計思路

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

2、電機和舵機驅(qū)動設(shè)計思路

采用三路PWM輸出，一路用于控制舵機轉(zhuǎn)向，另外兩路控制電機驅(qū)動，由于電機不同，所以用到了兩個定時器輸出PWM，一個50HZ，另一個給10KHZ。

3、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計思路

接收OpenMV傳來的識別到的黑塊位置，MSP432對數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，控制電機和舵機做相應(yīng)的動作，以實現(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)控制電機到達(dá)規(guī)定的期望值，同時考慮到上坡時不僅有摩擦力，還有車體本身重力的斜向下分力，在PID控制時，I的系數(shù)需要較為精準(zhǔn)，過大過小都會使小車失控，同時，為了防止小車在行駛過程中會誤識別其它黑點，所以，加上了最小值濾波，以防止此類情況出現(xiàn)，實際效果良好。

04

實物展示

05

總結(jié)

對我們來說，軟件部分難度相對不大，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)電機太小的話，30度的坡上不去，而車體太重上坡也會比較困難，所以我們選用大電機并且減輕車的負(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)動模塊和電池。轉(zhuǎn)彎部分的速度也要把握好，當(dāng)時我們使用開環(huán)在跑道上實現(xiàn)了定點減速拐彎，但終歸是個小聰明，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

來源：大魚機器人，作者：張星向曉爭馮佳杰

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