彭琛 蒙昌棟 王曉峰

摘要：本次設(shè)計(jì)是基于學(xué)生申請(qǐng)的大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性項(xiàng)目倆輪自平衡循跡小車，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，首先對(duì)系統(tǒng)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，主要確定小車能夠?qū)崿F(xiàn)自平衡，其次結(jié)合攝像頭循跡功能調(diào)試，使小車可以具有循跡功能，根據(jù)調(diào)試結(jié)果不斷修改數(shù)據(jù)，以求達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，這樣不僅可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以開拓學(xué)生的創(chuàng)新性思維，對(duì)高校學(xué)生的創(chuàng)新性能力培養(yǎng)起到了很好作用。

關(guān)鍵詞：自平衡；循跡；創(chuàng)新性；智能小車

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）12-0192-03

Application of Computer Simulation and Debugging of Two-wheeled Self-balancing Intelligent Car Tracking System in Cultivating College Students'Innovative Ability

PENG Chen， MENG Chang-dong， WANG Xiao-feng

（College of Computer and Electrical Engineering， Hunan University of Arts and Sciences， Changde 415000， China）

Abstract： This design is a two-wheeled self-balancing traceable car based on the research and innovation project applied by students. After the system design is completed， the system is simulated and debugged in the laboratory. Firstly， the system PID parameters are debugged to determine that the car can achieve self-balancing. Secondly， combined with the camera traceability function， the car can have traceability function. According to the debugging， the car can have traceability function. Result The data are constantly revised to meet the requirements of system design， which can not only train students'practical ability， but also open up students' innovative thinking， and play a very good role in the cultivation of College Students'innovative ability.

Key words： self-balance； track； innovation； intelligent car

大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)在整個(gè)本科教育中占有著舉足輕重的位置，尤其以工科為代表，工科類專業(yè)要求學(xué)生既要弄懂理論知識(shí)，還要能夠?qū)嶋H操作，在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中還要體現(xiàn)創(chuàng)新性研究，所以在平時(shí)對(duì)創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)不可忽略。本次設(shè)計(jì)是基于學(xué)生申請(qǐng)的大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性項(xiàng)目倆輪自平衡智能小車循跡系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，首先對(duì)系統(tǒng)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，主要確定小車能夠?qū)崿F(xiàn)自平衡，其次結(jié)合攝像頭循跡功能調(diào)試，使小車可以具有循跡功能，根據(jù)調(diào)試結(jié)果不斷修改數(shù)據(jù)，以求達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

1 PID參數(shù)調(diào)式

倆輪自平衡智能小車循跡系統(tǒng)采用閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，由編碼器，陀螺儀和攝像頭分別反饋小車的速度，傾斜角，角速度和黑線的偏差。其中陀螺儀反饋的角度和角速度作為平衡小車直立PID調(diào)節(jié)的反饋，用于調(diào)節(jié)小車的直立。在平衡車已經(jīng)直立的基礎(chǔ)上編碼器反饋的速度作為平衡小車速度PID調(diào)節(jié)的反饋，用于調(diào)節(jié)小車的速度。在平衡小車的直立和速度PID都調(diào)好之后，攝像頭模塊反饋的黑線偏差作為位置PID的輸入，使小車能夠在一個(gè)很小的偏差內(nèi)實(shí)現(xiàn)循跡功能。

進(jìn)行調(diào)試選用的工具是MDK5和OpenMV IDE。首先進(jìn)行的是小車直立的角度PID的調(diào)試，工具是MDK5，我們將速度PID和位置PID的Kp，Ki，Kd全置0。將角度PID的Ki，Kd置0，Kp=100。數(shù)據(jù)如表1所示：

在該參數(shù)下，小車能較好地穩(wěn)定在平衡位置。

2 攝像頭循跡調(diào)試

接下來進(jìn)行的是攝像頭循跡方面的調(diào)試，使用的軟件是OpenMV IDE，打開軟件并連接上攝像頭后在右邊的拍攝圖像下面選擇Grayscale Color Space，然后在圖像中框出些許黑線，在下面的圖表中找到Min和Max的大小，把該值寫入到函數(shù)black_threshold = [（Min， Max）]中去。

完成上述操作我們保存下剛才的數(shù)據(jù)，重新連接攝像頭在程序最后添加 print（err_x），這個(gè)err_x就是當(dāng)前黑線與攝像頭中心點(diǎn)的x坐標(biāo)的偏差。點(diǎn)擊軟件下面的Serial Terminal，我們就可以看到當(dāng)前的偏差值是多少。

3 綜合調(diào)試

在獲得黑線的位置偏差后，我們就可以進(jìn)行小車的位置PID調(diào)節(jié)了，首先我們將參數(shù)調(diào)節(jié)成表9所示：

調(diào)試現(xiàn)象：小車在小彎道和直角，銳角彎都能拐過去。

4總結(jié)

通過PID參數(shù)調(diào)試和攝像頭循跡調(diào)試，以及最后的綜合調(diào)試后，設(shè)計(jì)出來的倆輪自平衡小車基本上能夠滿足自我平衡，自動(dòng)循跡功能還能通過模塊擴(kuò)展進(jìn)行防抖等功能，學(xué)生們經(jīng)過這次調(diào)試后，把平時(shí)學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到了設(shè)計(jì)當(dāng)中，還集思廣益，體現(xiàn)出來許多創(chuàng)新想法，所以高校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)有很大的好處，可以為學(xué)生的各種創(chuàng)新思維提供一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)的溫床。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳小林，張東彥.具有語音功能的超聲波測(cè)距儀[J].電氣應(yīng)用，2007，06：103-105.

[2] 程永春，張鵬，王葉丹，等.瀝青混合料水-溫-光損傷超聲波評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)方法[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，06：50-56.

[3] 孫帆，馬瑞龍，梁乃峰，等.GIS中局部放電超聲波檢測(cè)定位方法及應(yīng)用分析[J].電氣應(yīng)用，2015，13：180-182.

[4] 王付軍.超聲波電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的建模和仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，04：405-408.

[5] 張華，李明霞.基于超聲波測(cè)量顱內(nèi)壓的有限元方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，S1：361-364.

[6] 姚麗，胡宇，趙海峰.超聲波泥水密度檢測(cè)影響因素的研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2014，10：259-262，312.

[7] 楊亞，王讓定，姚靈.TDC-GP21在時(shí)差法超聲波流量計(jì)中的應(yīng)用[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2013，03：118-121.

[8] 何燚，張翼飛.基于雙目視覺的移動(dòng)機(jī)器人避障算法仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013，02：282-285.

【通聯(lián)編輯：梁書】