【分享】+李迪 汪陈宇 周怡伶+迪文屏交互智能小车

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一，作品简介：

作品旨在将迪文屏与智能小车深度结合，打造一个具有实际应用价值的人机交互控制系统。

二，工作原理：

主要分为四部分：硬件介绍、原理简介、功能展示、未来改进方向及应用场景。

首先，我们进入硬件介绍部分。

   主办方提供的迪文屏 T5L是我们小车的“人机交互窗口”。 它支持零代码或低代码组态开发，我们只需要通过串口就能与主控芯片M0进行通信，大大简化了开发流程，同时保证了系统的稳定性。

而小车的大脑也就是我们使用的主控芯片则是MSPM0G3507。这是一款基于Arm Cortex-M0+内核的混合信号微控制器，具有超强的模拟集成度，内置了双12位ADC、DAC、比较器和运放，特别适合工业传感器、医疗监测等需要高精度信号采集的场景，也为我们后续的传感器数据处理提供了强大的硬件支持。

在动力方面，我们选用了310直流减速电机。它是在微型电机基础上加装减速箱的一体化电机，扭矩大、体积小、成本低，能够稳定驱动小车运行。

为了精确控制电机，我们使用了四路编码器电机驱动模块，基于AT8236芯片设计。它可以同时驱动4路直流有刷编码器电机，支持I2C和串口通信，具备过流、过温、反接保护，可以实现精准的闭环控制，让小车走得更直、停得更准。

接下来是感知部分。我们配备了八路红外循迹模块，通过8路红外传感器检测地面黑白线路，抗环境光干扰能力强，能够稳定识别直线、曲线和岔路，为小车提供准确的路径判断。

此外，我们还搭载了JY61P六轴姿态传感器，集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计，内置卡尔曼滤波算法，可以实时输出稳定的三轴角度、角速度等姿态数据，为航向控制提供关键信息。

介绍完硬件基础，接下来我们进入原理简介部分，看看这些硬件是如何协同工作，实现小车的智能控制。

首先来看迪文屏的GUI设计——这也是我们实现“人机协同”理念的第一个环节。。

我们在屏幕上设计了三个主功能页面，第一个页面包括循迹控制、航向角调节模块，第二个页面是PID参数调整而第三个页面则是轮速显示。

按键部分我们使用了“按键返回”控件，所有按键的变量地址都设为0X1100，但键值设置不同。这样当用户按下不同按键时，屏幕就会发送对应的键值给主控芯片M0，实现不同功能的触发。

页面切换则使用“基础触控”控件。

轮速显示页面用“文本显示”控件，地址设为0X2000，用于实时显示轮速。

在代码层面，我们调用迪文屏的UART2串口，波特率设置为9600，避免丢包。主循环中会持续读取地址0X1100的值，一旦检测到按键值变化，就通过串口发送对应的字符给M0。例如按键9发送't'，按键10发送'y'，按键11发送'u'。

与此同时，主循环还会接收M0发来的轮速数据。我们只接收以\r\n或\n结尾的数据包，解析后将轮速数据写入地址0X2000，这样屏幕上就能实时显示轮速，方便用户监控小车状态。

现在进入本次汇报重点——pid算法部分

在具体介绍PID公式之前，我们先来看一下循迹控制的基本流程。

硬件基础：8个循迹传感器一字排开（从左到右记为S0~S7），检测地面：黑线为0，白纸为1。目标位置是赛道中心，即S3与S4之间，对应位置值3.5。

核心步骤：

1.       采集8路传感器信号，得到S0~S7的状态。

2.       通过加权平均公式计算出小车当前位置。

3.       用3.5减去当前位置得到偏离误差

4.       将误差送入PID控制器，计算出纠偏力度。

5.       根据纠偏力度调整左右电机速度，实现差速转向，修正方向。

这就是循迹控制的完整流程，接下来我们将具体讲解其中的PID计算公式。

我们通过八路红外传感器采集地面信息，得到每个传感器的状态S0~S7。然后使用加权平均公式计算出小车的当前位置：（指公式）

接着，用3.5减去position得到偏离误差error：

· 如果error> 0，说明小车偏左，需要右转；

· 如果error< 0，说明小车偏右，需要左转。

然后我们采用位置式PID公式计算纠偏输出（指）：

最后，根据输出调整左右电机速度：

· 左电机速度 = 基准速度 - Output

· 右电机速度 = 基准速度 + Output

这样就能实现小车的循迹纠偏功能。

再来看航向角控制。我们通过六轴姿态传感器获得当前航向角θ_now，与用户设定的目标航向角θ_set比较得到误差e = θ_set - θ_now。为了提高稳定性和抗干扰能力，我们采用增量式PID（指）：

这里的u就是最终转向控制量。再通过差速控制（指）调整左右电机速度：

· 左轮速度 = 基准速度 - u

· 右轮速度 = 基准速度 + u

这种算法能够保证航向稳定不飘，直线行驶精度高，转向平滑，而且抗地面打滑和外界干扰能力强。

三，设计思路：

我们的设计理念可以概括为三个关键词：实用、整合、协同。实用——瞄准工业AGV、服务机器人等真实场景；整合——将迪文屏、主控芯片、传感器、电机驱动融为一体；协同——让人通过屏幕发出指令，让机器自主执行任务，实现高效的人机协作。

四，演示视频：
【航向角视频】 https://www.bilibili.com/video/B ... 05e0195cc7ce6076441
【轮速视频】 https://www.bilibili.com/video/B ... 05e0195cc7ce6076441
【循迹视频】 https://www.bilibili.com/video/B ... 05e0195cc7ce6076441
【pid调节】 https://www.bilibili.com/video/B ... 05e0195cc7ce6076441

五，附件上传：

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链接：https://pan.quark.cn/s/af9d5fbae822