1、楊云鵬：視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 自 115 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2015 年 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要近年兩輪自平衡電動(dòng)車得到了很大的發(fā)展，因?yàn)槠渚哂徐`活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)。全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽中的攝像頭平衡組比賽要求是：讓智能車模仿兩輪電動(dòng)平衡車的運(yùn)行方式，讓智能車僅用兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直立行走。 本課題以第九屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽為背景，使用IAR編程軟件對(duì)直立智能車進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。本文詳細(xì)論述了智能車的各個(gè)模塊的工作原理、電路圖、機(jī)械安裝以及控制

2、算法。其中詳細(xì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及期間碰到的各種問(wèn)題和解決方法都在文中有詳細(xì)的論述。本系統(tǒng)采用飛思卡爾公司K60單片機(jī)作為主控芯片，使用陀螺儀和加速度傳感器采集角度信息，光電碼盤采集速度信息，分別作為角度反饋和速度反饋，再結(jié)合PID控制算法，控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)智能車能夠直立并能夠?qū)崿F(xiàn)按預(yù)期的速度向前運(yùn)行。關(guān)鍵字：智能車，直立控制，陀螺儀，加速度傳感器，K60單片機(jī)AbstractIn recent years, two self-balancing electric vehicle has been great development, because it is flexible, c

3、onvenient, energy-saving features. National College Student Freescale Cup smart car race in the camera balance group competition requirements is: Let the smart car to imitate two electric counterbalance vehicle operating mode, make the smart car with only two rear-wheel drive to achieve walk upright

4、.In this paper Ninth National University Freescale Cup Smart Car race background, using the IAR programming software for intelligent vehicle upright for software development. This paper discusses in detail the working principle of each module smart car, schematics, mechanical installation and contro

5、l algorithms. Which details the development process, as well as a variety of problems and solutions encountered during are discussed in detail in the text.The system uses Freescale K60 MCU as the master chip, using a gyroscope and an accelerometer sensor angle information collection, information gat

6、hering speed optical encoder, respectively, as the angle feedback and velocity feedback, combined with PID control algorithm to control two motors speed, and ultimately achieve smart car can stand and be able to achieve speeds forward as expected.Keywords: smart car, upright control, gyroscope, acce

7、lerometer, K60 MCU西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第1章 緒論11.1 課題背景概述11.2 本文主要工作內(nèi)容2第2章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)總體方案簡(jiǎn)介32.2 硬件方案32.3 軟件方案42.4 本章小結(jié)5第3章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 車模安裝63.1.1 電池安裝83.1.2 主控板安裝83.1.3 陀螺儀及加速度傳感器安裝93.1.4 光電碼盤的安裝93.2系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)103.2.1 K60最小系統(tǒng)電路103.2.2 電源穩(wěn)壓電路133.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路143.2.4 陀螺儀加速度傳感器電路163.

8、2.5 光電碼盤測(cè)速電路163.3 系統(tǒng)電路PCB設(shè)計(jì)183.4 本章小結(jié)19第4章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)204.1 軟件整體框架204.2 所用模塊設(shè)計(jì)214.2.1 時(shí)鐘模塊224.2.2 FTM模塊234.2.3 PIT模塊234.2.4 AD模塊244.3 控制算法設(shè)計(jì)254.3.1 直立控制254.3.2 速度控制314.4 本章小結(jié)32第5章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)調(diào)試335.1 調(diào)試工具簡(jiǎn)介335.2 調(diào)試方法與步驟355.2 調(diào)試結(jié)果37第6章 總結(jié)與展望396.1 總結(jié)396.2 展望39致 謝40參考文獻(xiàn)41附錄：部分程序代碼43I第1章 緒論1.1 課題

9、背景概述近年兩輪自平衡電動(dòng)車得到了很大的發(fā)展，因?yàn)槠渚哂徐`活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)。兩輪自平衡電動(dòng)車是一個(gè)高度不穩(wěn)定的系統(tǒng)，它的動(dòng)力學(xué)方程是時(shí)變、耦合、不穩(wěn)定、多變量的非線性高階方程，而且其運(yùn)動(dòng)方程非完整性約束，需要完成的控制任務(wù)具有多重性，因此，兩輪自平衡電動(dòng)車是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，給經(jīng)典控制理論帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。可以檢驗(yàn)各種控制方法的優(yōu)劣。可以使用兩輪自平衡電動(dòng)車進(jìn)行不確定性系統(tǒng)控制、非線性系統(tǒng)控制、自適應(yīng)控制、智能控制等研究。全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽中的攝像頭平衡組比賽是要讓智能車模仿兩輪電動(dòng)平衡車的運(yùn)行方式，讓智能車僅用兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直立行走。飛思卡爾智能車大賽平衡組作為兩輪

10、電動(dòng)平衡車的簡(jiǎn)化版應(yīng)運(yùn)而生，智能汽車競(jìng)賽組委會(huì)在2012年電磁組直立行走的基礎(chǔ)上規(guī)定2013年攝像頭平衡組車模直立行走。這項(xiàng)新的改動(dòng)帶來(lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)也給參賽隊(duì)伍帶來(lái)了新的動(dòng)力。 在車模直立行走比賽中，車模的傾角和角速度是控制車模直立控制的關(guān)鍵。一般測(cè)量角度信息采用兩種傳感器：加速度傳感器或陀螺儀。加速度傳感器可以用來(lái)測(cè)量車模的角度信息，但在實(shí)際車模運(yùn)行過(guò)程中，車模會(huì)產(chǎn)生很大的擺動(dòng)，對(duì)傾角信息測(cè)量帶來(lái)干擾，它疊加在上述測(cè)量信號(hào)上使得輸出信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確反映車模的傾角。陀螺儀用來(lái)測(cè)量角速度，再將測(cè)到的角速度進(jìn)行積分得到車模的傾角。由于陀螺儀輸出的是車模的角速度，不會(huì)受到車體運(yùn)動(dòng)的影響，因此該信號(hào)中噪聲很

11、小。因此對(duì)于車模直立控制所需要的傾角信息需要通過(guò)角速度傳感器即陀螺儀來(lái)得到。因此，本次設(shè)計(jì)對(duì)基于陀螺儀的視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。通過(guò)該課題本人學(xué)會(huì)了運(yùn)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，建立系統(tǒng)模型，并進(jìn)行分析，查閱相關(guān)中英文文獻(xiàn)，了解本課題前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，熟練的使用各種儀器(萬(wàn)用表、示波器)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，主動(dòng)學(xué)習(xí)新的理論知識(shí)。 1.2 本文主要工作內(nèi)容（1）明確視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)對(duì)基于加速度傳感器-陀螺儀的視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究； （2）確定視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)將以加速度傳感器、陀螺儀作為檢測(cè)元件，將其輸出由AD輸入到K

12、60單片機(jī)中，由K60單片機(jī)處理并輸出控制信號(hào)，控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制電機(jī)的加速度，實(shí)現(xiàn)小車的直立行走； （3）設(shè)計(jì)視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)的硬件電路及機(jī)械結(jié)構(gòu)，整個(gè)智能車硬件是由三部分組成的：K60最小系統(tǒng)板、主控板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板； （4）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)車模直立行走控制算法，本系統(tǒng)將采用PD角度閉環(huán)，PI速度閉環(huán)控制。要使智能車能夠平穩(wěn)快速地運(yùn)行，需要有高效穩(wěn)定的控制算法對(duì)車模速度進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，于是打算使用經(jīng)典PI 控制算法，配合使用理論計(jì)算和實(shí)際參數(shù)補(bǔ)償?shù)霓k法即可消除外界各種因素的影響，使得車模運(yùn)行的更穩(wěn)定。 第2章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)智能車是一個(gè)軟硬件結(jié)合的

13、控制系統(tǒng)，只有軟件和硬件完美結(jié)合的情況下，才能達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。2.1 系統(tǒng)總體方案簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的總體方案為：陀螺儀和加速度傳感器采集角度信息，使用K60單片機(jī)的ADC模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。再使用K60單片機(jī)的FTM模塊采集光電碼盤的脈沖數(shù)，使用互補(bǔ)濾波算法，經(jīng)加速度傳感器和陀螺儀采集到的角度信息進(jìn)行濾波融合，最終得到需要的傾角信息 ，將K60單片機(jī)采集到的脈沖數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后變?yōu)椤稗D(zhuǎn)/秒”作為速度反饋，通過(guò)角度PD控制算法和速度PI算法實(shí)現(xiàn)直立控制和速度控制。2.2 硬件方案系統(tǒng)在陀螺儀和加速度傳感器采集車身姿態(tài)信息的基礎(chǔ)上1，通過(guò)單片機(jī)處理信號(hào)，實(shí)現(xiàn)車體能夠準(zhǔn)確保持直立。系統(tǒng)硬件電路

14、部分包括K60最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、陀螺儀與加速度傳感器模塊、光電碼盤測(cè)速模塊等部分。綜上所述，本智能車系統(tǒng)硬件部分包含了以下幾個(gè)模塊：（1） K60最小系統(tǒng)模塊（2） 電源模塊（3） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（4） 陀螺儀與加速度傳感器模塊（5） 光電測(cè)速模塊總體硬件方案框圖如圖2-1所示：圖2-1總體硬件方案框圖2.3 軟件方案在硬件的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件的配合才能完成最終的控制目標(biāo)，本系統(tǒng)的軟件控制算法分為直立控制和速度控制，直立控制通過(guò)對(duì)角度偏差進(jìn)行PD控制和速度偏差進(jìn)行PI控制實(shí)現(xiàn)，速度控制通過(guò)對(duì)速度偏差進(jìn)行PI控制實(shí)現(xiàn)2。整體軟件框架如圖2-2所示：圖2-2 整體軟件框架2.4 本章小結(jié)本章

15、對(duì)智能車的整體方案，包括硬件方案和軟件方案做了詳細(xì)的描述，對(duì)下面工作的展開(kāi)有很大的指導(dǎo)意義。第3章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 車模安裝智能車硬件要求：（1） 使用D或E車模，動(dòng)力輪著地，雙向行駛，車模寬度不超過(guò)250mm。（2） 主控制處理器只能有一個(gè)，而且必須使用飛思卡爾公司的8 位、16 位、32 位處理器。（3） 傳感器數(shù)量不超過(guò)16個(gè)，使用飛思卡爾系列加速度傳感器，陀螺儀無(wú) 限制，禁止DC-DC升壓作為電機(jī)動(dòng)力，總電容不超過(guò)2000微法，電壓不超過(guò)25V。（4） 自行設(shè)計(jì)PCB，并印制醒目LOGO。硬件方案選擇：（1）車模選擇 E車模兩個(gè)車輪之間距離較大，有利于行駛時(shí)保

16、持平穩(wěn)，因此本系統(tǒng)采用E車模，E車模實(shí)物圖如圖3-1所示：圖3-1 E車模實(shí)物圖（2）加速度傳感器選擇加速度傳感器分為兩類：數(shù)字式和模擬式。7260和7361利用單片機(jī)AD采集數(shù)據(jù)，7660和8451利用IIC和單片機(jī)進(jìn)行通訊。智能車大賽官方規(guī)定：如果平衡組需要使用加速度傳感器，則必須使用飛思卡爾公司的 MMA7260，MMA7660，MMA7361，MMA8450，MMA8451 等系列的加速度器。綜合各方面的需求，本系統(tǒng)最終選擇MMA7361加速度傳感器。（3）陀螺儀選擇：官方規(guī)定只能用村田公司的 ENC-03系列的陀螺儀，因此本系統(tǒng)使用ENC-03陀螺儀。ENC-03有MA、MB、RC三

17、種類型。其中MA和MB的封裝一樣，性能也一樣，只是震動(dòng)頻率不同。RC則是尺寸比較小的。其他參數(shù)都一樣。最終選擇ENC-03RC#2陀螺儀，各型號(hào)陀螺儀性能對(duì)比見(jiàn)表3-1：表3-1 各型號(hào)陀螺儀性能對(duì)比型號(hào)時(shí)間10s時(shí)間1min時(shí)間10min時(shí)間1hENC-03MB0x1f40x1f20x1f10x1f2ENC-03RC#10x2a30x2ac0x2b50x2b2ENC-03RC#20x04f0x04f0x0580x05a一個(gè)ENC-03MB、兩個(gè)ENC-03RC測(cè)試靜態(tài)，AMS1117-3.3V供電，環(huán)境溫度19，測(cè)試長(zhǎng)期加電的輸出漂移，測(cè)試點(diǎn)為運(yùn)放輸出，為10位AD所采集的原始數(shù)據(jù)。（4）電

18、機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇：電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用BTS7960，其驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，BTS7960芯片用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)半橋高集成芯片3。 BTS7960通態(tài)電阻值為16mQ，輸入電壓為6V-24V，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)43A。他的使用方法也很簡(jiǎn)單，只需要向芯片的第2個(gè)管腳輸入PWM就可以控制它了。由于要實(shí)現(xiàn)智能車的直立，電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)，所以用四片BTS7960組成2個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路。3.1.1 電池安裝電池安裝在車模的電池支架上，由于電池比較重，所以盡量不要裝的太高，負(fù)責(zé)中心太高，加大控制難度。電池安裝實(shí)物圖如圖3-2所示：圖3-2 電池安裝實(shí)物圖3.1.2 主控板安裝主控板安裝在電池的上面，在車模的底座上鉆了兩個(gè)孔，將主控板

19、用銅柱固定在上面，主控板安裝實(shí)物圖如圖3-3所示：圖3-3 主控板安裝實(shí)物圖3.1.3 陀螺儀及加速度傳感器安裝陀螺儀和加速度傳感器的安裝對(duì)智能車的直立控制很重要，陀螺儀是測(cè)量角速度的精密儀器，其靈敏度受安裝位置和方式的影響，安裝時(shí)要求穩(wěn)固，且離車軸的位置要合適，以保證其靈敏度不受影響。加速度傳感器噪聲很大，易受車模震動(dòng)以及擺動(dòng)的影響，所以安裝時(shí)離車軸不能太遠(yuǎn)。由于本系統(tǒng)采用了陀螺儀和加速度傳感器集成模塊，所以綜合二者的安裝要求，陀螺儀及加速度傳感器安裝實(shí)物圖如圖3-4所示：圖3-4 陀螺儀及加速度傳感器安裝實(shí)物圖3.1.4 光電碼盤的安裝本系統(tǒng)選用的是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的光電碼盤測(cè)量?jī)奢喌霓D(zhuǎn)速，光電碼

20、盤安裝實(shí)物圖如圖3-5所示：圖3-5 光電碼盤安裝實(shí)物圖3.2系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以飛思卡爾公司MK60DN512VLL10芯片作為主控單元，使用的模塊有K60最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，加速度傳感器及陀螺儀模塊，光電碼盤測(cè)速模塊，下面將對(duì)每個(gè)模塊的原理及電路圖進(jìn)行詳細(xì)的論述。3.2.1 K60最小系統(tǒng)電路K60 微控制器系列具有IEEE 1588 以太網(wǎng)4，全速和高速 USB 2.0 On-The-Go 帶設(shè)備充電探測(cè)，硬件加密和防竄改探測(cè)能力，具有豐富的模擬、通信、定時(shí)和控制外設(shè)，從100 LQFP 封裝 256 KB 閃存開(kāi)始可擴(kuò)展到256 MAPBGA 1MB 閃存。 大

21、閃存的 K60 系列器件還可提供可選的單精度浮點(diǎn)單元、NAND 閃存控制器和DRAM 控制器。 圖3-6給出了K60微控制器模塊結(jié)構(gòu)框圖。圖3-6 K60微控制器模塊結(jié)構(gòu)圖K60性能指標(biāo)如表3-2所示：表3-2 K60 性能指標(biāo)工作特性 電壓范圍 1.71V - 3.6V 閃存編程電壓最低至1.71V 溫度范圍(TA) -40 to 105C 靈活的工作模式時(shí)鐘 多用途時(shí)鐘發(fā)生器 PLL 和FLL 內(nèi)部參考時(shí)鐘(32kHz 或 2MHz) 4MHz 到 32MHz 晶振 32kHz 到 40kHz 晶振 內(nèi)部 1kHz 低功耗振蕩器 DC 到 50MHz 外部方波輸入時(shí)鐘模擬 16 位 SAR

22、 ADC 可編程的電壓參考(VREF) 12 位 DAC 帶6 位DAC 的高速模擬比較器 (CMP)定時(shí)器 1x8ch 電機(jī)控制/ 通用/PWM 定時(shí)器(FTM) 2x2ch 正交解碼器/ 通用/PWM 定時(shí)器 (FTM) 載波調(diào)制定時(shí)器(CMT) 可編程延遲模塊 (PDB) 1x4ch 可編程中斷定時(shí)器(PIT) 低功耗定時(shí)器(LPT)通信 支持IEEE 1588 的以太網(wǎng)接口 USB 全速/ 低速 OTG/ 主機(jī)/ 從設(shè)備接 CAN SPI I2C，支持SMBUS UART ( 帶ISO7816、IrDA 和硬件流控)人機(jī)接口 GPIO 支持引腳中斷、DMA 請(qǐng)求、數(shù)字濾波和其他引腳控制

23、選項(xiàng) 最大允許5V 輸入 電容式觸摸傳感輸入K60單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3-7所示，外圍電路有JINK下載端口，復(fù)位電路。圖3-7 K60單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖為了保持最小系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其電源需要加入濾波電路，并聯(lián)小電容，串聯(lián)電感，從而提高供電電路的兼容性，濾除高頻噪聲。K60最小系統(tǒng)電源濾波電路原理圖如圖3-8所示。圖3-8 K60最小系統(tǒng)電源濾波電路原理圖3.2.2 電源穩(wěn)壓電路整個(gè)系統(tǒng)涉及的電源有3.3V，5V。3.3V用來(lái)給K60最小系統(tǒng)和加速度傳感器及陀螺儀模塊供電，5V用來(lái)給光電碼盤和BTS7960使能端供電。電池的電壓為7.2V，5V電壓由穩(wěn)壓芯片LM2940CT-5

24、.0產(chǎn)生，3.3V電壓由穩(wěn)壓芯片REG1117-3.3產(chǎn)生。再加上電源開(kāi)關(guān)電路共同組成電源穩(wěn)壓電路原理圖如圖3-9所示：圖3-9 電源穩(wěn)壓電路原理圖3.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)使用半橋驅(qū)動(dòng)芯片BTS7960作為驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)芯片，此芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，輸入電壓范圍為6V-24V，輸出電流可達(dá)40A，使能端電壓為5V。智能車的直立需要電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此需要4片BTS7960來(lái)組成兩個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制兩個(gè)電機(jī)，具體的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3-10所示：圖3-10 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖此外，考慮到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流會(huì)對(duì)主控板造成影響，因此，本系統(tǒng)在K60最小系統(tǒng)和BTS7960之間加入看74LS24

25、4芯片隔離反沖信號(hào)，以保護(hù)K60主控芯片的安全，隔離電路原理圖如圖3-11所示：圖3-11 隔離電路原理圖3.2.4 陀螺儀加速度傳感器電路陀螺儀和加速度傳感器使用了集成模塊，具體的電路原理圖如3-12所示：圖3-12 陀螺儀及加速度模塊電路原理圖3.2.5 光電碼盤測(cè)速電路為了進(jìn)行精確的控制，必須及時(shí)的知道小車每個(gè)時(shí)刻的速度反饋，因此需要選用測(cè)速模塊，本系統(tǒng)使用的是實(shí)用的光電碼盤5，這類編碼器對(duì)直立車模的控制已經(jīng)足夠，并有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)。光電碼盤測(cè)速模塊電路如圖3-13所示：圖3-13 光電碼盤測(cè)速模塊電路原理圖視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)總體原理圖如圖3-14所示：圖3-14 視覺(jué)導(dǎo)航智能車

26、姿態(tài)控制系統(tǒng)總體原理圖3.3 系統(tǒng)電路PCB設(shè)計(jì)印刷電路板（Printed-Circuit Board，PCB）是由環(huán)氧樹(shù)脂粘合而成的鍍了銅的玻璃纖維板。腐蝕掉部分鍍銅，只留下構(gòu)成電路連接的銅層走線部分。在使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件（如DXP）設(shè)計(jì)PCB時(shí)需注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1） 盡可能縮短高頻元件之間的連線，想辦法減少他們的之間的電磁干擾。容易受干擾的元件在放置時(shí)，原件彼此之間不能靠的太近，輸入元件和輸出元件之間應(yīng)該有足夠的距離。（2） 某些元件和導(dǎo)線之間電位差比較高，應(yīng)該加大他們之間的距離，防止在放電時(shí)引起意外的短路。（3） 質(zhì)量比較大的元件在放置時(shí)應(yīng)該用支架固定之后再焊接。（4） 電

27、位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等元件在布局時(shí)應(yīng)該整個(gè)PCB板的結(jié)構(gòu)要求。（5） 應(yīng)該留出PCB板固定支架所占用的位置。本系統(tǒng)的主控板PCB 2D視圖如圖3-15所示，3D視圖如圖3-16所示：圖3-15 主控板PCB 2D視圖圖3-16 主控板PCB 3D視圖3.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)論述了本系統(tǒng)的硬件方案，即每個(gè)模塊的原理及電路圖，機(jī)械安裝，只有在硬件系統(tǒng)完美再配合一定的軟件算法，才能實(shí)現(xiàn)最終的控制目標(biāo)。第4章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件整體框架軟件功能主要包括：（1）加速度傳感器及陀螺儀采集角度信息，光電碼盤采集速度信息；（2）單片機(jī)將采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)

28、算；（3）單片機(jī)輸出PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；（4）車模運(yùn)行控制：直立控制、速度控制；（5）車模信息顯示與參數(shù)調(diào)整：上位機(jī)監(jiān)控，參數(shù)設(shè)定。本系統(tǒng)整個(gè)軟件的流程為陀螺儀和加速度傳感器先將角度信息由單片機(jī)AD模塊讀入單片機(jī)，在使用FTM模塊讀取光電碼盤的脈沖數(shù)，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行單位化，將角度信息進(jìn)行互補(bǔ)濾波處理，得到準(zhǔn)確的角度信息，再將角度偏差經(jīng)過(guò)PD運(yùn)算，速度偏差進(jìn)行PI運(yùn)算6，得到的數(shù)據(jù)通過(guò)PWM輸出給電機(jī)，以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)直立控制與速度控制。軟件算法整體分為直立控制和速度控制，首先實(shí)現(xiàn)直立控制，再實(shí)現(xiàn)速度控制，在進(jìn)行速度控制的同時(shí)要注意不能影響到直立控制，通過(guò)協(xié)調(diào)直立控制和速度控制，最終實(shí)

29、現(xiàn)智能車能夠直立并能穩(wěn)定的向前運(yùn)行。軟件算法是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其中各個(gè)模塊代碼的編寫，系統(tǒng)的調(diào)試都花了大量的時(shí)間，其中也碰到了很多問(wèn)題，詳細(xì)的程序代碼在下文和附錄中都給出了注釋。調(diào)試方法及調(diào)試中遇到的問(wèn)題，解決方法都在下文中進(jìn)行了論述。下面將分模塊對(duì)本系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行說(shuō)明，整體軟件流程圖如圖4-1所示：圖4-1 整體軟件流程圖4.2 所用模塊設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中，用到了單片機(jī)中的以下模塊：時(shí)鐘模塊、AD模塊、PIT模塊、FTM模塊、以及GPIO模塊。根據(jù)實(shí)際需要對(duì)各模塊進(jìn)行初始化和程序?qū)懭搿?.2.1 時(shí)鐘模塊MCG 模塊控制著器件系統(tǒng)時(shí)鐘源的選擇。時(shí)鐘源被時(shí)鐘發(fā)生邏輯器件分開(kāi)作用于不同的地方

30、。包括：主控器件總線，從器件總線和閃存。他也控制著模塊的時(shí)鐘門控電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊的單獨(dú)關(guān)閉。系統(tǒng)主要的時(shí)鐘來(lái)源于MCGOUTCLK 的輸入。時(shí)鐘產(chǎn)生邏輯器件可以產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)以使得不同的外設(shè)工作在不同的頻率。這能夠更好在性能和功耗之間尋求平衡。不同的模塊比如說(shuō)USB OTG 控制器需要一個(gè)特定的時(shí)鐘，這可以通過(guò)時(shí)鐘邏輯發(fā)生器使用MCGPLLCLK 或者M(jìn)CGFLLCLK 來(lái)產(chǎn)生。另外一些其他的模塊也可以使用其他的時(shí)鐘源來(lái)產(chǎn)生模塊所需要的時(shí)鐘。大多數(shù)模塊的時(shí)鐘源選擇由SIM 模塊的SOPT 寄存器決定7。本系統(tǒng)以外部晶振(50M)為時(shí)鐘源，按照FEIFEBPBEPEE的順序進(jìn)行配置，代碼

31、如下:unsigned char pll_init(void) unsigned char pll_freq; MCG_C2 = 0; SIM_SCGC4 |= SIM_SCGC4_LLWU_MASK;LLWU_CS |= LLWU_CS_ACKISO_MASK;MCG_C1 = MCG_C1_CLKS(2) | MCG_C1_FRDIV(3);while (MCG_S & MCG_S_IREFST_MASK); while (MCG_S & MCG_S_CLKST_MASK) MCG_S_CLKST_SHIFT) != 0x2); MCG_C5 = MCG_C5_PRDIV(0x0e); M

32、CG_C6 = 0x0; set_sys_dividers(0,2,2,7);MCG_C6 = MCG_C6_PLLS_MASK | MCG_C6_VDIV(30); /VDIV = 31 (x55) pll_freq = 180;while (!(MCG_S & MCG_S_PLLST_MASK); while (!(MCG_S & MCG_S_LOCK_MASK); MCG_C1 &= MCG_C1_CLKS_MASK;while (MCG_S & MCG_S_CLKST_MASK) MCG_S_CLKST_SHIFT) != 0x3);return pll_freq;4.2.2 FTM模

33、塊本系統(tǒng)利用FTM模塊產(chǎn)生脈寬調(diào)制波(PWM)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用FTM模塊的正交解碼功能讀取光電碼盤的脈沖數(shù)。FTM模塊可以實(shí)現(xiàn)多功能定時(shí)，包括：PWM輸出、輸入捕捉、輸出比較、定時(shí)中斷、脈沖加減、脈沖周期脈寬測(cè)量。K60的FTM0有8個(gè)通道，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)或者舵機(jī)的PWM輸出，但是沒(méi)有正交解碼功能，即對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸入的正反向技術(shù)功能。K60的FTM1和FTM2可以實(shí)現(xiàn)正交解碼功能，但是FTM1和FTM2都只有兩個(gè)通道可以實(shí)現(xiàn)正交解碼功能。用一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器作為FTM模塊的時(shí)間基準(zhǔn)，可以讀取該計(jì)數(shù)器的數(shù)值，讀取的數(shù)值可作為無(wú)符號(hào)數(shù)或者有符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼對(duì)待。FTM模塊的詳細(xì)初始化程序見(jiàn)附錄。4.

34、2.3 PIT模塊本系統(tǒng)使用PIT模塊，產(chǎn)生以1ms為周期的中斷?？刂迫蝿?wù)在中斷服務(wù)程序中完成，具體過(guò)程為以下四步：（1）讀取光電碼盤脈沖數(shù)，累計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。（2）讀取陀螺儀及加速度傳感器的數(shù)值并進(jìn)行角度融合。（3）車模直立控制8。（4）車模速度控制。PIT初始化程序代碼如下：void pit_init(PITn_e pitn, uint32 cnt) ASSERT( cnt 0 ); /用斷言檢測(cè) 時(shí)間必須不能為 0SIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_PIT_MASK; PIT_MCR = (0 /| PIT_MCR_MDIS_MASK /禁用PIT定時(shí)器時(shí)鐘選擇（0表示使能PI

35、T，1表示禁止PIT） /| PIT_MCR_FRZ_MASK /調(diào)試模式下停止運(yùn)行（0表示繼續(xù)運(yùn)行，1表示停止運(yùn)行） ); PIT_LDVAL(pitn) = cnt - 1 ; /設(shè)置溢出中斷時(shí)間 PIT_Flag_Clear(pitn); /清中斷標(biāo)志位 PIT_TCTRL(pitn) &= PIT_TCTRL_TEN_MASK; /禁止PITn定時(shí)器（用于清空計(jì)數(shù)值） PIT_TCTRL(pitn) = ( 0 | PIT_TCTRL_TEN_MASK | PIT_TCTRL_TIE_MASK ); /enable_irq(int)pitn + PIT0_IRQn); /開(kāi)中斷4.2.

36、4 AD模塊A/D轉(zhuǎn)換即將連續(xù)的時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換則反之，A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)字信號(hào)處理中不可缺少的部分。一般在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要進(jìn)行濾波處理。AD轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)：（1） 分辨力 用輸出的二進(jìn)制數(shù)碼的位移表示A/D轉(zhuǎn)換的分辨率。轉(zhuǎn)換的位 數(shù)越多，量化增量就越小，那么量化誤差也就越小，隨之分辨 率就變高了。常用的A/D有8位、10位、12位、16位、24位、 32位等。（2） 轉(zhuǎn)換精度 A/D轉(zhuǎn)換器的精度由最大化誤差決定，大多轉(zhuǎn)換器的末尾數(shù)字并 不可靠。A/D轉(zhuǎn)換器包括模擬處理單元和數(shù)字處理單元，所以轉(zhuǎn) 換精度還應(yīng)考慮模擬處理部分的誤差。（3） 轉(zhuǎn)換速度 完成一次A/D轉(zhuǎn)換

37、所用的時(shí)間即為轉(zhuǎn)換速度，轉(zhuǎn)換一次用的時(shí) 間越長(zhǎng)，則轉(zhuǎn)換精度越低。A/D轉(zhuǎn)換的基本流程：初始化-開(kāi)始轉(zhuǎn)換操作-完成轉(zhuǎn)換操作-獲取AD值。使用A/D模塊將陀螺儀，加速度傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其精度為12位，再經(jīng)過(guò)互補(bǔ)濾波轉(zhuǎn)換為實(shí)際角度。詳細(xì)的A/D采集程序代碼見(jiàn)附錄。4.3 控制算法設(shè)計(jì)4.3.1 直立控制車模的平衡控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)源于我們的生活經(jīng)驗(yàn)。雜技演員可以讓一根直木棒在手尖保持直立。要完成這個(gè)過(guò)程需要兩個(gè)條件：一是表演者的手掌可以移動(dòng)，二是可以通過(guò)眼睛觀察到木棒的傾斜趨勢(shì)和傾斜角度。然后通過(guò)手掌額移動(dòng)來(lái)消除木棒要倒得趨勢(shì)，從而使木棒保持直立。這個(gè)簡(jiǎn)單的例子即為控制理論中的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，兩個(gè)

38、條件缺一不可。智能車的平衡控制也是通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與保持木棒的平衡相似。車模有兩個(gè)車輪著地，車體會(huì)隨著輪子向前或者向后轉(zhuǎn)動(dòng)而傾斜，我們通過(guò)控制車輪的轉(zhuǎn)速來(lái)抵消車模傾斜的趨勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。直立控制的目標(biāo)是使智能車能夠穩(wěn)定的站在一點(diǎn)，同時(shí)和速度控制良好的配合。所以必須將二者的參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)才能達(dá)到最終的控制目標(biāo)。在陀螺儀和和加速度傳感器零點(diǎn)穩(wěn)定的情況下，智能車可以靜止在一點(diǎn)，對(duì)他施加干擾時(shí)，能快速恢復(fù)直立，輕推智能車，能夠繼續(xù)直立，但是不能停下來(lái)，會(huì)一直加速向前跑。加速度傳感器和陀螺儀原理：我覺(jué)得很多時(shí)候大家都被它的名字給誤導(dǎo)了，準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)它測(cè)的不是加速度至少對(duì)于mma7260這類芯片它

39、檢測(cè)的是它受到的慣性力(包括重力！重力也是慣性力)。那又有人要問(wèn)了F=ma慣性力不就是加速度么？加速度傳感器實(shí)際上是用MEMS技術(shù)檢測(cè)慣性力造成的微小形變，注意檢測(cè)的是微小形變，所以，把加速度傳感器水平靜止放在桌子上它的Z軸輸出的是1g的加速度，因?yàn)樗黌軸方向被重力向下拉出了一個(gè)形變，可是它不是在以1g的加速度往下落。如果讓它做自由落體運(yùn)動(dòng)，它的Z軸輸出應(yīng)該是0。給個(gè)形象的說(shuō)法：可以把它看成是一塊彈彈膠 它檢測(cè)的就是自己在三個(gè)方向被外力作用造成的形變。從剛才的分析可以發(fā)現(xiàn)重力這個(gè)東西實(shí)際是個(gè)很神奇的東西。它能隔空打牛，在不產(chǎn)生加速度的情況下對(duì)加速度傳感器造成形變，在產(chǎn)生加速度的時(shí)候不造成形變，

40、而其他力都做不到?？上У氖?，加速度傳感器不會(huì)區(qū)分重力加速度與外力加速度。所以，當(dāng)系統(tǒng)在三維空間做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的輸出就不正確了或者說(shuō)，它的輸出不能表明物體的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。舉個(gè)例子：當(dāng)一個(gè)物體在空間做自由落體時(shí)，在X軸受到一個(gè)外力作用，產(chǎn)生g的加速度，這時(shí)候x y z軸的輸出分別是g,0,0，如果這個(gè)物體被x軸朝下靜止放在水平面上，它x y z軸的輸出也分別是g,0,0所以說(shuō)：只靠加速度傳感器來(lái)估計(jì)自己的姿態(tài)是很危險(xiǎn)而不可取的。加速度傳感器的作用：加速度傳感器,可以測(cè)量加速度,包括重力加速度,于是在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)）的時(shí)候,加速度傳感器僅僅測(cè)量的是重力加速度,而重力加速度與剛才所說(shuō)

41、的R坐標(biāo)系（絕對(duì)坐標(biāo)系）是固連的,通過(guò)這種關(guān)系,可以得到加速度計(jì)所在平面與地面的角度關(guān)系也就是橫滾角和俯仰角計(jì)算公示如下俯仰角橫滾角 陀螺儀的作用：陀螺儀可以測(cè)量角速度,具有高動(dòng)態(tài)特性,但是它是一個(gè)間接測(cè)量器件,它測(cè)量的是角度的導(dǎo)數(shù),角速度,顯然要將角速度對(duì)時(shí)間積分才能得到角度看到積分，但是積分就會(huì)引起一個(gè)致命的問(wèn)題，積分誤差。積分誤差的來(lái)源主要有兩個(gè)：一個(gè)是積分時(shí)間積分時(shí)間Dt越小，輸出角度越準(zhǔn)一個(gè)是器件本身的誤差假設(shè)陀螺儀固定不動(dòng),理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一個(gè)偏置0.1dps加在上面,于是測(cè)量出來(lái)是0.1dps,積分一秒之后,得到的角度是0.1度

42、,1分鐘之后是6度,還能忍受,一小時(shí)之后是360度,轉(zhuǎn)了一圈所以說(shuō)陀螺儀在短時(shí)間內(nèi)有很大的參考價(jià)值，陀螺儀另外一個(gè)問(wèn)題是它的測(cè)量基準(zhǔn)是自身，并沒(méi)有系統(tǒng)外的絕對(duì)參照物重力軸是個(gè)絕好的參照物 因此需要陀螺儀和加速度傳感器的配合使用 如果要測(cè)偏航角YAW還需要電子羅盤感知地磁方向 給出水平方向的絕對(duì)參考（當(dāng)然這個(gè)在智能車上不存在）。 陀螺儀和加速度傳感器的融合：除了給出絕對(duì)參考系 陀螺儀和加速度傳感器相互融合使用的最重要的原因是：綜合考慮，加速度計(jì)是極易受外部干擾的傳感器，但是測(cè)量值隨時(shí)間的變化相對(duì)較小。陀螺儀可以積分得到角度關(guān)系，動(dòng)態(tài)性能好，受外部干擾小，但測(cè)量值隨時(shí)間變化比較大。可以看出，它們優(yōu)

43、缺點(diǎn)互補(bǔ)，結(jié)合起來(lái)才能有好的效果，用通俗點(diǎn)的話來(lái)說(shuō)，就是無(wú)論工作多久，加速度傳感器如果沒(méi)收到外部干擾它測(cè)的就一定是準(zhǔn)的！ 陀螺儀雖不會(huì)受到外部干擾，可是時(shí)間長(zhǎng)了，由于積分誤差累計(jì) 它的值就全錯(cuò)了！所以兩個(gè)數(shù)據(jù)融合的方法就是設(shè)計(jì)算法在短時(shí)間尺度內(nèi)增加陀螺儀的權(quán)值，在更長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)增加加速度權(quán)值，這樣系統(tǒng)輸出角度就更真實(shí)了。再通俗點(diǎn)說(shuō)就是：隔一段時(shí)間用加速度傳感器的值修正一下陀螺儀的積分誤差，然后在隔的這段時(shí)間內(nèi)用陀螺儀本身的角度積分。所以將陀螺儀的檢測(cè)值和加速度傳感器的檢測(cè)值進(jìn)行融合得到最終的傾角信息來(lái)控制車模直立。本系統(tǒng)的直立控制采用PD調(diào)節(jié)9，直立控制流程圖如圖4-1所示：圖4-1 直立控制

44、流程圖直立控制程序代碼如下：void AD_Calculate(void) Rd_Ad_Value(); Gyro_Now = -(float)(GYRO_VAL - ENC03 ) * Gyro_ratio;/將陀螺儀采集的數(shù)值進(jìn)行歸一化 angle_offset_vertical = (float)(MMA7361_vertical - MMA7361)*MMA7361_ratio ; /將加速度傳感器采集到的角度歸一化 if(angle_offset_vertical 90) angle_offset_vertical = 90;/防止加速度傳感器測(cè)量的角度數(shù)值溢出 if(angle_o

45、ffset_vertical 985) Speed_L = 985; if(Speed_L 985) Speed_R = 985; if(Speed_R 1000) Speed_L1 = 985; if(Speed_L1 1000) Speed_R1 = 985; if(Speed_R1 = 0) /角度0則車模向前傾，反之向后傾 ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH4,0); ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH5,(uint32)(Speed_L_Last - MOTOR_DEAD_VAL_L); /電機(jī)死區(qū)電壓 else ftm_pwm_duty(FTM0,FTM

46、_CH5,0); ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH4,(uint32)(-Speed_L_Last - MOTOR_DEAD_VAL_L); /加入死區(qū)電壓 if(Speed_R = 0) /angle 大于 0，向前，小于 0，向后 ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH7,0); ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH6,(uint32)(Speed_R_Last - MOTOR_DEAD_VAL_R); /加入死區(qū)電壓 else ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH6,0); ftm_pwm_duty(FTM0,FTM_CH7,(uint3

47、2)(-Speed_R_Last - MOTOR_DEAD_VAL_R); /加入死區(qū)電壓 4.3.2 速度控制直立車模的速度控制較普通車模比較復(fù)雜，因?yàn)橐瑫r(shí)保證車模的直立和穩(wěn)定運(yùn)行，直接通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能實(shí)現(xiàn)速度控制目標(biāo)的。速度控制的目的是能讓智能車在短時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到預(yù)設(shè)的速度，同時(shí)對(duì)直立控制不造成影響。速度控制采用的是PI控制：為了使速度有一定的物理意義，對(duì)采集到的光電碼盤的脈沖數(shù)要進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換。根據(jù)單位的物理含義10，可以確定轉(zhuǎn)換單位時(shí)的比例值。本算法中設(shè)定智能車的反向速度為0。速度控制流程圖如圖4-2所示：圖4-2 速度控制流程圖速度控制程序代碼如下：void SpeedCon

48、trol(void) float fDelta; float fP, fI; AD_Calculate(); DELAY_MS(500); val = ftm_quad_get(FTM1); ftm_quad_clean(FTM1); if (g_fCarAngle=0) g_fCarSpeed = val; else g_fCarSpeed = -val; val = 0; g_fCarSpeed *= CAR_SPEED_CONSTANT; fDelta = CAR_SPEED_SETfDelta - g_fCarSpeed; /傾角偏差計(jì)算 fP = fDelta * SPEED_CON

49、TROL_P; fI = fDelta * SPEED_CONTROL_I; g_fSpeedControlIntegral += fI; /傾角積分?jǐn)?shù)值 g_fSpeedControlOutOld = g_fSpeedControlOutNew; g_fSpeedControlOutNew = fP + g_fSpeedControlIntegral;4.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)論述了智能車的軟件方案，其中包括總體軟件流程圖，及各個(gè)模塊的初始化，具體的直立控制和速度控制怎么實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，本章內(nèi)容是本文的最核心內(nèi)容，對(duì)整個(gè)智能車的制作有很大的指導(dǎo)意義。第5章 視覺(jué)導(dǎo)航智能車姿態(tài)控制系統(tǒng)調(diào)試5.1 調(diào)

50、試工具簡(jiǎn)介本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中用到的調(diào)試工具有：（1 ）用IAR中自帶的Live Watch來(lái)觀察變量11，使用這個(gè)工具帶來(lái)了很大的便利，可以實(shí)時(shí)的知道每個(gè)變量的動(dòng)態(tài)值，為調(diào)試帶來(lái)了很大的方便。調(diào)試界面如圖5-1所示。圖5-1調(diào)試界面（2） 單片機(jī)多功能調(diào)試助手，使用該軟件可以通過(guò)串口通信和下位機(jī)通信。單片機(jī)多功能調(diào)試軟件主界面如圖5-2所示：圖5-2 單片機(jī)多功能調(diào)試軟件主界面（3） 使用Visual Scope虛擬示波器上位機(jī)觀察加速度傳感器的值和融合后的角度，此軟件可以將變量的值繪制成曲線12，使調(diào)試更加準(zhǔn)確方便。虛擬示波器顯示界面如圖5-3所示：圖5-3 虛擬示波器顯示界面5.2 調(diào)試方法與步驟調(diào)試方法為使用IAR的Live Watch觀察變量的動(dòng)態(tài)值是否正確合理，用串口助手將變量發(fā)送到上位機(jī)，觀察變量值是否正確，使用Visual Scope13將加速度傳感器歸一化后的值和融合后的角度繪制成波形顯示出來(lái)。具體的調(diào)試步驟如下：（1） 加速度傳感器值歸一化1）測(cè)量三種位置時(shí)加速度傳感器值 加速度傳感器零偏值MMA7361_vertical即將車模直立放置時(shí)，讀取Z軸此時(shí)加速度傳感器的AD值 正90值即將車模向前偏置90，讀取此時(shí)Z軸加速度傳感器的AD值 負(fù)90值即將車模向后偏置90，讀取此時(shí)Z軸加