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2008-9-2 19:03:27
关于“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的总结
08年09月01号
大三上学期报名参加了“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，从三月份开始，到七月底结束，历时五个月。五个月来，用了不少的课余时间和精力，慢慢地掌握了HC12的基本开发方法，和队友们一起，克服了大量的困难，解决了许多突发的问题，成功地制成了比赛用车，参加了比赛，也取得了一定的成绩。成绩不理想，但也来之不易，更重要的是在制作的过程中学到了许多东西，从制作本身，从队友身上，从老师身上。同时也进一步地了解到了自身的不足和缺点，这对于我的成长来说应该是至关重要的。现将制作过程中遇到的问题、相应的解决办法，以及一些需要注意的事项总结如下：
一、概述
成绩的好坏完全是由速度来决定的，所以我们制作的重点应该是很清晰的——尽可能地提高速度。由日常的生活经验我们知道，要想速度快，就应该有好的加、减速性能，这是根本，如果能做到这一点，我们就能保证以比较快的速度跑完任意形状的赛道。但如果只是加、减速比较快，我们也就只是能完成比赛，不大可能取得好成绩。这就要求我们要在另一方面下大工夫——提高转向性能。这应该是制作的重点。
二、车模部分
车模的结构参数对整体性能的影响是不容忽视的。好的物理特性可以让我们事半功倍。这部分内容我不是很了解，也没有对车模本身做过多的改动。一是当时没有想到，二是有条件调的时候基本上没有时间去调整了。需要说明的一点，物理上的结构参数与程序的控制是相关的，我觉得不应该抱有先写好程序，再调车模的想法。我们应该是先用一个简单的程序来调整车模，使其有最优的物理上的加减速性能和转向性能，然后再寻求软件控制的最优。这样的话，我们就可以最大限度的提高其整体性能。
三、主电路部分
主电路不是我做的，但是我基本上参与了电路制作的整个环节，从简单的万用板试车到最后板子的改动。这部分给我印象比较深的有以下几点：
1、 基本上不用考虑功耗问题。比赛时可以换电池，一圈也就几十秒，只要瞬时功率不是太大，根本就不用考虑这方面的问题。但是，如果功耗太大，在调试阶段会比较麻烦，除非有三到四块的替换电池。
2、 电源的稳定性是需要注意的。比赛时可能不重要（用的都是新充的电池，电压较高），但在调试时比较棘手，加速时会有一个大的电流，导致电池电压下降较多，很容易引起单片机复位。这个问题应该解决的，但也不是必需的。
3、 重量、重心问题。肯定的，重量越轻真好，重心越低越好。问题是怎样减轻重量，降低重心。
A：精简电路，没必要的东西不要往上面做。
B：可能的话，自己做最小系统。
C：应该照底盘做PCB，降低重心，并且整个板子应该尽量向后移动，以提高转向性能。
4、 多用贴片，以减轻重量，减小板子体积。但对于易坏的，发热严重的器件，应该注意其更换的方便性及散热性。
四、速度传感器部分
速度传感器用于构成速度闭环，以提高速度的可控制性。虽然说速度控制在物理上不可避免的存在滞后（电压大了，但速度要过一会才能提上去），但是我们追求的还是高的速度分辨率，以及高的时实性。因为只有这样，才有可能在细节上有所突破。所以，有许多队采用了现成的速度传感模块。我们采用的是自制的光电盘，精度在0.02m/s左右，但实时性太差，难以使控制更加的平滑。现就速度传感模块和光电盘对比如下：
1、 速度传感模块：
优点：高分辨率，高实时性，高稳定性，高可靠性。
缺点：成本高一点，不可避免地增加了一些重量和功率。
2、 光电盘：
优点：简单，成本低，基本可靠，质量轻
缺点：不易精确制作，分辨率较低，实时性不突出，抗干扰能力稍差。
五、路径传感器部分
此部分是控制算法的基础，其排布方式决定了控制的策略，也决定了控制的最大有效性。总体来说，传感器的排布有以下几种：
1、 传统的“一”字型排布。此排布方案最大的优点是数据容易处理，程序易于编写，对起跑线也比较容易识别。但很明显，这种排布方式没有达到最优，它不可能使控制策略达到最优。
2、 “八”字型排布。这种排布方式，从理论上来说就会有比较好的转弯性能，不易迷失。但对起跑线的识别不容易处理。
3、 双排布局。就这一届比赛来说，基本上没有传统意义上的双排布局。普遍采用的是前瞻+“一”字型布局。后排的“一”字型传感器用于识别起跑线和精确定位，而前瞻则是尽可能地提高探测距离，为转向赢得时间，从而大大地提高入弯速度，提高平均速度。前瞻这部分，将在后文详述。
4、 这次比赛，又出现了矩阵式的布局。矩阵式的布局，就等于像素很低的摄像头。优点是数据比摄像头容易处理，又比其它排布方式一次性得到的信息多（主要是纵向上）。我觉得，其关键是所用传感器的前瞻性，如果前瞻性好，那么这种排布方式的优点是很明显的。
另外，传感器的选型很重要，那是智能车的“眼睛”。千万不要怕花钱，在传感器上花钱是很值得的。传感器的电路最好做成板子，硬度好，一致性好，信号的质量也会好很多。还有一点就是一定要做一个备用的板子，以免出现都不希望看到的情况。
六、程序设计部分
程序的设计必须与车模参数相配合，必须与传感器的排布方式相配合，这是最基本的要求。其次，要注意用程序去弥补硬件上的不足。比如说，用程序实现路径的连续检测等。必须要注意的是，要绝对保证程序的稳定性和适应性，避免调整硬件去适应软件。
软件的设计，是小车性能的重要因素，也是整个制作过程中最麻烦的地方。我们不可避免的要多次修改程序，这就要求我们要有好的编程习惯，要做一些文档记录。另外，当修改过多时，我们就应该考虑重新写程序了。
模块化设计思想应该运用一下，把基本的硬件操作写好，以后就不用写了，只用包含文件就行了，比较方便。其它的就只用写高层的控制文件了，要改的话也只用改它们。
最后要说的是，程序的设计必须注意操作上的便利性。上海大学给我们的教训应该是很深刻的。
七、赛前试车部分
赛前的试车是我们发现问题的最后机会，抓住这次调试机会是很重要的。试车时的调试与在学校时的不同，这时，我们应该尽量避免大的改动，除非是真的没办法了，或者你的信心比较足。
试车时主要关注的，应该是光线、材料、赛道制作的精细度。光线问题很重要的，如果传感器被干扰了，那就什么都没有了。材料问题主要是指小车过弯的能力，找那些急弯试试。赛道制作的精细度指赛道接缝的处理，如果接缝比较宽，或者什么别的问题，那就很容易识别错误。
最后，我们设定的参数要比试车时低一点，速度要慢一些，因为试车的赛道是比较短的，速度不会充分加上去，但正式比赛时就不一样了。这点要注意。
八、赛时注意事项
这时最重要的是心态要稳，不要慌，有了这一点，其它的就不用说了。