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01

赛题分析

通过对赛题的分析研究，我们认为，要完成题目需要满足以下几点要求：

1）实现小车的自动寻迹功能。题目要求小车需要沿着标记线自动行驶，到达目标位置时，需要发出声音提示，且小车整体投影不得脱离标记线。

2）10s—20s时间内任意设定。同时行驶过程中需要以匀速状态行驶，并且设定的时间与实际的行驶时间误差不能超过1s，总共行驶时间不得超过30s。

3）要求指定角度实现小车匀速爬坡。同时规定行驶过程中不能停顿、打滑、碾压标记线。

4）利用TI的MSP430/MSP432 平台，设计制作一个四轮电动小车。要求小车能沿着指定路线在坡道上自动循迹骑线行驶。

02

硬件部分

1）坡道木板的搭建。

在构建坡道部分赛题中有相应的要求：坡道用长、宽约 1m 的细木工板制作，允许板上有木质本色及自然木纹。

木工板表面铺设画有1cm×1cm黑白间隔的纸条（以下简称为标记线）作为路线指示；标记线起始段为直线，平行于木板两边；

标记线在坡顶转向 90°，转弯半径 20cm；标记线平行坡顶距离≥30cm，距坡顶距离≤20cm；标记线总长度为1m。

停车标记为宽1cm长5cm的黑色线条，垂直于坡顶标记线。行驶路面不得铺设除标记线外的任何材料。小车全程在木工板上行驶。

依据该要求，我们搭建了符合题目要求的坡道木板，但因为材质的问题，之后小车的行驶并不是很顺利，总是会产生一些错误的识别，可能也是由于材质本身的原因，所以后面我们又采用了另一种材质木板，最后以此搭建的坡道能够结合小车很好的完成相应的题目要求。

2）小车的搭建

赛题对小车的要求是：

小车必须独立运行，车外不能使用任何设备（包括电源）。

小车（含电池）重量小于1.5kg，外形尺寸在地面投影不大于25cm×25cm。

总的来说，做出小车的过程可谓是一波三折，实际上来讲，我们都不知道总共做了几版小车了，做出来的小车总会在某个地方遇到难以跨越的阻碍，刚开始时，采用的是结合MSP432结合灰度模块的方案，然后轮子采用的是固定前面两轮，后轮采用差速的方法实现转90度弯；

首先采用两个灰度模块并行在小车前方，用于保持小车不走出黑白线组成的道路，之后采用另一个灰度模块来识别黑块，该灰度模块用于实现转弯控制，实际上的效果是，在直线方向上，还是能够实现较好的效果，当现在转弯的时候发现，由于轮子本身稍大且本身车体宽的原因，小车在转弯时，必定压线。

在试过多次后，发现该结构不行，于是就将前面两轮更改成了用电机驱动的方式，只是在转弯时给一个差速，实现转弯，前面差速与后面差速是不一样的，前面的差速能够实现转弯不压线的效果，再之后我们又发现了利用舵机转向来控制方向的办法。

事实上，这样带来的效果更好，但同时我们在测试的过程中又发现一个存在缺陷的地方，那就是灰度模块只有识别到黑块才会进行转弯，那么这样就会遇到一个问题，就是起始的位置不同，会使得小车到转弯处的位置不一样，那么固定的用于识别转弯的灰度模块实际上就会在有些时候在需要转弯的地方识别到的却是白块。

当如此之后，小车实际上就会直接直行出黑白线通道，而不会实现转弯功能，我们想到的是给小车加模块的办法，实际上也如此做了，但带来的效果却不尽人意，在增加代码的复杂度的同时，却并没有解决相应的问题。

因为加上新的灰度模块之后，虽然最终会识别到黑块，但总归是在另一个位置识别到的，在转向时会出现压线的情况，所以我们舍弃了MSP432加灰度模块的方案，而使用MSP432加OpenMV的全新方案。

在最后，我们使用MSP432加OpenMV，以及舵机前轮加上电机后轮来确定了小车的最终成品结构，实际结果表明这样的方案是可行且有效的。

03

软件部分

1）系统软件平台选择

软件程序采用keil5平台开发。实际上对于TI的板子来说，用CCS来编译可能会更好，但由于当时并没有接触CCS这个软件，也就不太会用，所以最终采用的是keil5平台，但若是采用MSP430应该是不能使用keil5的，当时找相应的芯片包是并没有找到的，也就是说可能keil5是不支持开发MSP430的板子的。

2）主要模块软件设计思路

1、菜单设计思路

在OLED上显示菜单，菜单主要功能有设置模式：自动寻迹以及规定时间内寻迹；以及设置PID参数和设定电机速度等功能，主要是为了能在调控小车时，能够快速的找到合适的参数进行调节。以及测试时方便选择相应模式进行测试。

2、电机和舵机驱动设计思路

采用三路PWM输出，一路用于控制舵机转向，另外两路控制电机驱动，由于电机不同，所以用到了两个定时器输出PWM，一个50HZ，另一个给10KHZ。

3、数据采集模块设计思路

接收OpenMV传来的识别到的黑块位置，MSP432对数据作相应处理，控制电机和舵机做相应的动作，以实现转弯等相应功能。

4、控制模块

控制部分，为了保持匀速行驶，采用PID闭环控制电机到达规定的期望值，同时考虑到上坡时不仅有摩擦力，还有车体本身重力的斜向下分力，在PID控制时，I的系数需要较为精准，过大过小都会使小车失控，同时，为了防止小车在行驶过程中会误识别其它黑点，所以，加上了最小值滤波，以防止此类情况出现，实际效果良好。

04

实物展示

05

总结

对我们来说，软件部分难度相对不大，比较吃力的是小车结构上的搭建，为了尽可能的爬陡坡，我们把小车搭了拆，拆了搭，做了大车，小车，宽车，窄车，重车，轻车，光结构就换了十几种。

我们发现电机太小的话，30度的坡上不去，而车体太重上坡也会比较困难，所以我们选用大电机并且减轻车的负重。还有就是车底重心越低，爬坡能力越好。

为增大摩擦力，我们选用了面积大的软质轮胎。电池和驱动也要合理选择，在满足要求的情况下尽量使用质量轻的驱动模块和电池。转弯部分的速度也要把握好，当时我们使用开环在跑道上实现了定点减速拐弯，但终归是个小聪明，不是真正的循迹，经过不断的尝试还是换成了闭环控制。最终得以圆满的完成了题目。

END

来源：大鱼机器人，作者：张星向晓争冯佳杰

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