电磁组飞思卡尔智能车技术报告
第七届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：浙江工业大学
队伍名称：浙工大银江电磁三队
参赛队员：李陈荣常子敬马志凯带
队教师：陈国定褚衍清
第七届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
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摘要
本文以第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，详细阐述了基于电磁传感器的自导航循迹小车的制作过程。其中内容包括电路设计方案、机械结构改装、算法设计与实现、参数整定和整车调试等。涉及自动控制、无线通信、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科。
本文主要阐述了基于 K60 核心控制器利用倒立摆模型、卡尔曼滤波器实现两轮小车的直立行走。通过对磁场强度变化的感知，实现小车的自主循迹。利用CodeWarrior Development Studio for Microcontroller v10.1 进行了代码编写，程序开发和在线调试。期间为了方便整定参数，我自己编写了修改参数的上位机，大大地方便了整定参数。
关键词：小车直立行走电磁导航卡尔曼滤波陀螺仪和加速度计 K60CPU
第七届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
目录
摘要 ... ....................................................................................................................................... .. I 第一章引言 ... ............................................................................................................................ . 1 第二章硬件电路设计方案 ... ...................................................................................................... . 2
2.1 核心控制单元 ... ................................................................................................................. . 2
2.2 电源管理模块 ... ................................................................................................................. . 3
2.3 加速度计和陀螺仪模块 ... .............................................................................................. .. 4
2.4 测速模块 ........................................................................................................................... (5)
2.5 信号检测模块 ... ................................................................................................................. . 5
2.5.1 选频电路 ... ........................................................................................................... . 6
2.5.2 放大电路 ... ........................................................................................................... . 7
2.5.3 整流滤波电路 ... ................................................................................................ .. 7
2.6 电机驱动模块 ... ................................................................................................................. . 8
2.7 调试模块 ........................................................................................................................... (9)
第三章车体机械结构改装方案 ... ............................................................................................. .. 10
3.1 基础改装 ........................................................................................................................... . 10
3.2 电池位置 ........................................................................................................................... . 10
3.3 支架安装 ........................................................................................................................... . 11
3.4 轮胎的处理 ... ................................................................................................................. (12)
3.5 传感器的固定 ... .............................................................................................................. .. 12 第四章控制算法设计 ... .............................................................................................................. (14)
4.1 PID控制器介绍... ......................................................................................................... (14)
4.1.1 比例积分（PI）控制 ... .................................................................................... (15)
4.1.2 比例微分（PD）控制 ... .................................................................................... . 15
4.1.3 PID 控制 ... ...................................................................................................... (16)
4.2 整体的控制策略分析 ... ................................................................................................ .. 16
4.2.1．车模直立控制原理 ... ................................................................................... .. 17
4.2.2 速度控制原理 ... ............................................................................................. (18)
4.2.3 方向控制原理 ... ............................................................................................... . 20
4.3 滤波器分析 ... ................................................................................................................ . 21
4.3.1 Kalman 滤波器介绍 ... .............................................................................. . 21
4.3.2 陀螺仪和加速度基于 Kalman 的信息融合 ... .......................................... .. 24 第五章开发环境、调试工具介绍 ... ........................................................................................ (25)
5.1 开发工具 ........................................................................................................................... . 25
5.2 调试过程 ........................................................................................................................... . 26
5.2.1 无线上位机系统 ... .......................................................................................... .. 26
5.2.2 控制算法的参数整定 ... ................................................................................ (27)
第六章车辆主要参数 ... .............................................................................................................. (29)
参考文献 ... ...................................................................................................................................... .. 30 附录程序源代码 ... .......................................................................................................................... ... I
第一章引言
此次比赛根据组委会的要求电磁组首次采用直立行走，无论从机械结构上、硬件电路上还是从软件算法上都带来了全新的变革，也是今年比赛的又一亮点。两轮自平衡车由于节能低碳，转弯半径小，科技含量高等优点近年来不断成为研究的热点，两轮自平衡车代表着未来代步工具的设计方向和设计理念。今年的全国大学生智能汽车竞赛，一方面使我们作品实用性提高，更加贴近生活，另一方面又能培养我们的综合知识运用能力，团队合作精神，以及创新能力。
在这次竞赛中，我们使用官方统一提供的车模。采用飞思卡尔半导体公司的 32 位微控制器 Kinetis K60 ,使用加速度计与陀螺仪配合卡尔曼滤波进行滤波与信息融合，用高性能 32 位单片机测量倾角和 PID 调节车体平衡。在这次报告中，我们主要对智能车整体设计思路、硬件设计、软件设计、智能车机械结构调整与优化、智能车整车系统的调试和参数的整定等做详细的说明，希望可以详尽地阐述了我们的思想和创意，这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们共同努力后的成果。在此感谢浙江工业大学对此次比赛的关心和投入，感谢指导老师悉心的教导和培养，感谢我们一起团结协助互勉的队友们，正是这么多人的关心，我们才能够走到今天。
第二章硬件电路设计方案
整车设计方案我们以模块化设计为思路，将整车拆分为一个核心和五大模块，以K60 为核心的微控制器、加速度计和陀螺仪模块、速度反馈模块、信号检测模块、电机驱动模块、无线模块。
图 1 智能车整体结构
2.1 核心控制单元
整车以 MK60DN512ZVLQ10 微控制器作为控制核心，Kinetis 系列微控制器是飞思卡尔公司于 2010 年下半年推出的基于 ARM Cortex-M4 内核的 32 位微控制器，是业内
第二章硬件电路设计方案
首款Cortex-M4 内核芯片。强大的运算处理能力和丰富的片内资源，是智能车的一颗强劲的心脏，保证的车体姿态控制的实时性和准确性。
2.2 电源管理模块
图 2 电源管理
图 3 电源管理原理图
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为智能车提供稳定的电源的前提下，为了简化电路，我们采用了 LM2940,AMS1117 两种线性稳压电源芯片，这两种芯片电路简单、纹波很小，适合我们使用。
LM2940 是国家半导体公司生产的一款线性低漏极失调电流稳压器，最大允许电流 1A，线性度非常好，非常适合为模拟器件提供稳定的电源。
AMS1117 是一款与 LM2940 功能特性类似的三端线性低压差稳压芯片，最大允许电流 0.8A作为，单片机和陀螺仪等模拟元件的供电电源。为了让单片机稳定工作，避免电机对单片机影响我们特地专门为单片机使用了一个独立的 3.3V稳压芯片，而且采取了 5V于 3.3V稳压芯片级联的方式，保证了单片机工作电压的稳定。
2.3 加速度计和陀螺仪模块
由于直立控制的需要，我们在智能车上安装了陀螺仪和
加速度计，我们分别使用了大赛组委会要求的日本村田公司
生产的ENC-03MB陀螺仪和飞思卡尔公司生产的MMA7361加速
度计。
MMA7361是飞思卡尔公司生产的高性价比微型电容式三
轴加速度传感器，MMA7361采用信号调理、单极低通滤波器
和温度补偿技术，提供?．5g／6g两个量程，用户可在这2
个灵敏度中选择，该器件带有低通滤波并已做0g补偿。
ENC-03MB陀螺仪是一种应用科氏力原理的角速度传感
器，它输出一个和角速度成正比的模拟电压信号。具有体积图 4 陀螺仪过冲小、重量轻、响应快、低功耗等特性。
●供电电压Vdc2.7~5.25
●最大角速度deg./sec.+/-300
●最大响应频率50 Hz。
以上特性基本满足了智能车直立对角度测量的要求。但是实际使用中会发现，该器件
第二章硬件电路设计方案
具有很大的温漂，为了抑制温漂在芯片输出端加一个小电容，但是这将会带来过冲的问题。对于过冲目前没有一个个合适的解决方案，因此我们去掉了这个小电容，因此带来的温漂问题我们是将加速度计和陀螺仪采集回来的数据送到单片机中通过卡尔曼滤波程序处理得到我们所需要的角度值。
2.4 测速模块
我们所使用的C车车模有两个电机，转向时需
要电子差速，因此我们的采用了两路速度闭环控
制，为每个轮子安装了一个编码器进行测速。两个
编码器都是欧姆龙公司生产的300线编码器，采用
5V供电，输出为峰峰值为1V左右的正弦波，然后经
过一个滞回比较器后成为幅值为3.3V的方波，输入
到单片机内进行计数，由于K60有两个正交解码模
块可以配置成计数模式，因此我们免去了外部计数
器的电路。为了避免电机附近电磁场对编码器信号
的影响我们特地在编码器上包裹了一层锡纸，以此
来屏蔽干扰。
图 5 编码器安装
2.5 信号检测模块
信号检测模块是整个车方向控制的核心，我们使用了MAX4451高速仪表运放对微弱的磁场信号进行放大，采用两个电感水平放置检测道路信息，通过滤波整流后将电感距中心线的距离转化成为电平的大小。
图 6 检测头安装
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图 7 赛道的磁场分布
2.5.1 选频电路
赛道上使用 20kHz 的交变磁场作为路径导航信号，在频谱上可以有效地避开周围其它磁场的干扰，因此信号放大需要进行选频，使得 20kHz的信号能准确的被我们识别，去除其它干扰信号的影响。因此我们使用LC并联电路来实现选频电路。如下图所示。
其中，E 是感应线圈中的感应电动势，L 是感应线圈的电感量，R0 是电感的内阻，
图 8 LC 并联电路
C 是并联谐振电容。电路谐振频率为：
第二章硬件电路设计方案
已知感应电动势的频率f=20KHz感应线圈电感为,可以计算出谐振电容的容量为 C=6.33?0-9 F 。通常在市场上可以购买到的标称电容与上述容值最为接近的电容为6.8nF，所以在实际电路中选用6.8nF 的电容作为谐振电容，通过选频电路后电磁信号转化为20KHz正弦波。
2.5.2 放大电路
由于赛道中磁场信号微弱，在直立小车正常行驶的情况下检测头距地面10~15cm，检测头采集到的信号幅值大约为50~100mV，因此需要一套增益足够大的放大电路并且不能失真，不能引入其他噪声，为此我们专门设计了一套放大电路。
MAX4451双通道运算放大器是近些年研发出来的新型运放，具有高速轨对轨输出的性能，可工作在+4.5V至+11V单电源或?.25V?.5V双电源供电。同时实现了
210MHz-3dB带宽和485V/μ s压摆率，开环增益大于50dB，拥有极高的共模抑制比CMRR = 90dB。完全满足智能车对微弱电磁场的放大的需求。而且该运放具有超小型双运放的封装，可以节约PCB上的空间。
2.5.3 整流滤波电路
微小信号经过放大后原有正
弦波变为正半波的正弦波，通过RC
滤波后变成直流电平，电平的高低
反映了磁场的强弱。
由于K60是3.3V工作的器件，
图 9 信号放大原理图
电磁信号在满幅放大后可能会达
到4.8V左右，可能会烧坏K60的AD口，所以我们在电路中并联了一个3.3V稳压二极管，保证芯片的安全。
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2.6 电机驱动模块
本车采用的是BTS驱动，考虑到直立小车速度没有去年电磁车那么快，对于驱动芯片的要求也没有那么高，而且为了简化电路，减轻重量，我们放弃了MOS管驱动的方案，使用了集成驱动芯片BTS7960。
BTS7960是一款针对电机驱动应用的完全集成的大电流半桥驱动芯片。它的一个封装中集成了一个P通道场效应管在上桥臂和一个N通道场效应管在下桥臂以及一个控制集成电路。由于上桥臂采用的是P通道开关，对于电荷泵的需求也就不复存在了，因此电磁干扰减至了很小。由于集成在内驱动集成电路具有逻辑电平输入，与微控制器的连接变得非常简单，且该驱动集成电路还具有电流检测诊断、转换率调整、死区时间生成以及过热、过压、欠压、过流和短路保护。BTS7960在较小的电路板空间占用的情况下为大电流保护的PWM电机驱动提供了一个较为可靠的解决方案。
图 10 BTS驱动
第二章硬件电路设计方案2.7 调试模块
为了实时掌握车子运行状况，方便及时的调整车内运行参数，我们使用了无线模块，实时的传回波形，供我们分析。我们购买了一对XL02-232AP1无线模块，安装在车子侧面。在实际使用时我们发现该模块强大电磁场有时会对一些模拟信号产生干扰，包括编码器信号，道路检测信号。因此我们在设计PCB使将无线模块放在侧面，附近避免存在模拟器件。以此来避免干扰。
图 11 无线模块
第三章车体机械结构改装方案
今年电磁组按照组委会要求使用C
车车模，采用直立方式前行，利用双电
机的优势实现电子差速，完成转向等任
务。由于直立车的特殊性不能快速的加
减速导致算法上不能有很大的改进，提
高速度主要是通过改进机械结构这种
方式。因此我们在机械上下了很多功
夫，进行了很多项改进。比如车上使用的
图 12 C 车车模
材料我们尽可能的选择了轻盈的材料，尽
可能的简化结构。
3.1 基础改装
为了适应两轮直立行走的要求，我们将原本四轮行走的车模拆除了前轮、固定舵机的支架和后轮悬挂缓冲支架。C车车模后轮的支架与底盘之间采用了活动连接方式。但是，为了保证车模直立车体稳定性，需要将原有车模地盘与后轮支架固定在一起，我们使用了符合大赛规定的玻璃纤维材料板作为固定板，用螺丝非常牢固的把地盘与后轮支架连接在了一起。
3.2 电池位置
我们的车模考虑到直立控制的难度，已经尽可能的减轻了重量，电池作为整个车体最重的部分，占到整个车模重量的60%-70%，我们必然要精心设计，为它选择一个
第三章车体机械结构改装方案
合适的位置。直立车模在稳
定时是一个倒立摆模型，提
高重心可以增加它抗干扰
的能力，减小车体运行时转
弯、加减速对直立带来的干
扰。但是当速度提高到
1.8m/s左右时,过弯会出现
侧翻。此时对车模进行分
析，会发现车模重心太高导
致了侧翻，根据不倒翁原理
车模降低重心会增加过弯
的稳定性。但是带来的问题
是电机要付出更大的PWM占图 13 车模重心
空比来稳定直立，这会降低
它过弯的极限。权衡之下我们选择了降低重心，保证过弯的稳定性。因此我们把电池座用螺丝固定在了后面，与后轮轴同一高度的地方。
3.3 支架安装
为了减小转动惯量，我们使用了轻质的碳纤管支架，长度约300mm，支架与车体使用了自己加工的铰链连接，可以使支架倾斜一个角度。车子正常运行状态下，向前
图 13 支架
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有一个较大的前倾角度，这样的设计可以使检测头不会碰地。
图 14 整体效果
3.4 轮胎的处理
在高速状态下，车子过弯会产生很大的离心力，这个力会使轮胎从轮毂中滑出，影响车子稳定行进，而且某些情况下轮胎与轮毂打滑，使电机输出的动力无法全部传到轮胎上。鉴于这个情况，我们将轮胎与轮毂用胶水粘牢。
3.5 传感器的固定
为了保证车子转向的对称性，直立的陀螺仪要保证在车子中心，而且要安装水平，这样可以避免转弯时引入的水平分量。同时我们使用的是加速度计指向地面的Z轴。车模倾角在两个角度位置过渡，看到除了角度变化信号之外，还存在由于运动引起的
第三章车体机械结构改装方案
电压波动，这个电压波动随着车模运动速度增加会变得很大。下面简单分析运动所产生的干扰信号。加速度传感器安装在车模上，距离车轴高度为。车模转动具有角加速度'hθ，运动加速度α。那么在加速度传感器Z轴上出现由于车模运动引起的加速度为'hθα +，为了减少运动引起的干扰，加速度传感器安装的高度越低越好。因此我们将加速度计放到了支架下面比较靠下的位置。
图 15 实际测量MMA7361Z轴信号
图 16 传感器安装
第四章控制算法设计
4.1 PID控制器介绍
PID控制器，由比例单元P、积分单元I 和微分单元D 组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。
比例（P）——来控制当前，误差值和一个负常数 P（表示比例）相乘，然后和预定的值相加。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。
积分（I）——来控制过去，误差值是过去一段时间的误差和，然后乘以一个负常
数 I，然后和预定值相加。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会振荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个 PID回路系统会在预定值定下来。
微分（D）——来控制将来，计算误差的一阶导，并和一个负常数D相乘，最后和预定值相加。这个导数的控制会对系统的改变做出反应。导数的结果越大，那么控制系统就对输出结果做出更快速的反应。这个D参数也是PID被称为可预测的控制器的原因。D 参数对减少控制器短期的改变很有帮助。一些实际中的速度缓慢的系统可以不需要D参数。用更专业的话来讲，一个PID控制器可以被称作一个在频域系统的滤波器。这一点在计算它是否会最终达到稳定结果时很有用。如果数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能永远无法达到预设值。
尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，
飞思卡尔智能汽车设计技术报告
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技术报告 学校：武汉科技大学队 伍名称：首安二队参赛 队员：韦天 肖杨吴光星带队 教师：章政 0敏
I
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日期：
II
目录 第一章引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 内容分布 (1) 第二章系统总体设计 (2) 2.1 设计概述 (3) 2.2 控制芯片的选择 (3) 2.3 线性 CCD 检测的基本原理 (3) 2.3 系统结极 (5) 第三章机械系统设计 (7) 3.1 底盘加固 (7) 3.2 轮胎处理 (7) 3.3 四轮定位 (8) 3.4 差速器的调整 (12) 3.5 舵机的安装 (13) 3.6 保护杆的安装 (15) 3.7 CCD的安装 (16) 3.8 编码器的安装 (17) 3.9 检测起跑线光电管及加速度计陀螺仪的安装 (18) 第四章硬件系统设计 (19) 4.1 最小系统版 (20) 4.2 电源模块 (21) 4.3 CCD模块 (22) 4.4 驱动桥模块 (23) 4.5 车身姿态检测模块 (24) 4.7 测速模块 (24) 4.8 OLED液晶屏及按键、拨码 (25) 第5章程序设计 (27)
飞思卡尔智能车经验
RT，留下一点不算成功的经验吧。 先说说个人认为要取得好成绩的两个最重要的先决条件。 1. 人，这个是大前提，对于一个好的队伍，判别标准其实很简单，就是队员3个人是玩伴关系还是领导和下属关系。前者，大家都是来玩这个智能车的，自然主观能动性就会很高，能自主学习。不会总是“等着所谓队长分配任务”。这样效率就会很高。成绩自然不会低，后者，如果“队长”个人能力很强的话，就会出现到最后只有“队长”一个人在干。其他的队员就会因为自己技术不行，渐渐退出。而不会因为自己不会而去主动的学习。如果“队长”能力一般，再没有一些强力指导老师的情况下，这样的队伍一般会悲剧掉。所以，新人在参加这个智能车比赛的时就要明确动机。参加智能车确实是来学习知识的，但不会有人真正的来教你。一切都靠自己。 2.跑道，这个是客观条件中最重要的，一条污浊、破损、不符合规则的跑道，是不可能出成绩的。我们学校的赛道就是因为当初制作和后期保养不到位，导致赛道诸多永久性污浊、破损。一开始车刚能爬的时候，问题还不明显，后来在测试让车能平滑过S弯时问题就来了，由于赛道污浊，远处的跑道在CCD看了是错误，导致S弯和普通弯看起来一样，致使S弯策略根本没有启用，当时一直到修改S弯策略，到后来调出图像来看才发现是采集的问题。至于赛道污浊破损带来的干扰要不要处理，答案是肯定的，因为就算是比赛用的跑道也会有擦不掉，补不了的地方。但处理这些问题，应该是放在车辆原先行驶策略都调试正确的情况下，再人为的加入这些干扰。这样修改程序起来就有的放矢。 下面再以个人的观点介绍一下3个组别的特点，给新人选择做一个参考。 摄像头：有点像开卷考试，能得到的东西很多，但是如何把这些东西用好就是一个学问。摄像头的关键就是如何从采集回来的图像所包含的诸多信息中，选出一些高效方便的信息来控制车辆。至于控制策略，个人觉得一个能根据不同赛道类型而变化比例系数的比例控制器就能很好的满足控制需要。 光电组：想象起来很容易，其实很累的一个组，原理最简单，但是为了能有30CM以上的前瞻，和比较连续的偏差变化，就要下大功夫，先不说别的，让你装15个激光管，而且要保证不焊烧并要把光点打在一条线上，就是很繁琐的事情。总得来说，光电组拼的就是电路和传感器结构。不过对于看客来说，光电组是最好“看”的组，一排壮观的激光加上摆头的机械~ 电磁组：听起来有点复杂，其实比前两个组都轻松的组，电磁组又可分为数字和模拟两个类别。数字传感器就是和光电一样弄一排的传感器，看看哪个传感器接收到的信号最强以判断中线位置。模拟的就是比较两个传感器之间信号强度的差值来判断。电磁组好处就是不容易受到干扰，比赛上也见的，电磁车跑完的成功率是很高的，而且很容易判别起跑线。基本不用懂脑筋。而且如果选用是模拟传感器的话，能得到比较平滑的控制。 先说这些，想到再继续 关于摇头激光车的一点个人理解：为什么光电的车，要多花一个舵机去让传感器摇头呢？因为。为了能获得赛道上一个比较宽范围的信息，就必须把传感器做的很长。这样的后果 就是重量。折中的办法就是摇头，通过摇头，可以使一个小尺寸的传感器检测到大范围 DEMOK工作室淘宝小店
基于嵌入式STM32的飞思卡尔智能车设计
摘
要
飞思卡尔智能车大赛是面向全国大学生举办的应用型比赛， 旨在培养创新精 神、协作精神，提高工程实践能力的科技活动。大赛主要是要求小车自主循迹并 在最短时间内走完整个赛道。针对小车所安装传感器的不同，大赛分为光电组、 电磁组和摄像头组。 本文介绍了本院自动化系第一届大学生智能汽车竟赛的智能车系统。 包括总 体方案设计、机械结构设计、硬件电路设计、软件设计以及系统的调试与分析。 机械结构设计部分主要介绍了对车模的改进，以及舵机随动系统的机械结构。硬 件电路设计部分主要介绍了智能车系统的硬件电路设计， 包括原理图和 PCB 设计 智能车系统的软、 硬件结构及其开发流程。该智能车车模采用学校统一提供的飞 思卡尔车模，系统以 STM32F103C8T6 作为整个系统信息处理和控制命令的核心， 使用激光传感器检测道路信息使小车实现自主循迹的功能
关键字：飞思卡尔智能车STM32F103C8T6
激光传感器
第一章 概述
1.1 专业课程设计题目
基于嵌入式 STM32 的飞思卡尔智能车设计
1.2 专业课程设计的目的与内容
1.2.1 目的 让学生运用所学的计算机、传感器、电子电路、自动控制等知识，在老师的 指导下，结合飞思卡尔智能车的设计独立地开展自动化专业的综合设计与实验， 锻炼学生对实际问题的分析和解决能力，提高工程意识，为以后的毕业设计和今 后从事相关工作打下一定的基础。 1.2.2 内容 本次智能车大赛分为光电组和创新做，我们选择光电组小车完成循迹功能。 该智能车车模采用学校统一提供的飞思卡尔车模， 系统以 STM32F103C8T6 作为整 个系统信息处理和控制命令的核心，我们对系统进行了创造性的优化： 其一， 硬件上采用激光传感器的方案， 软件上采用 keil 开发环境进行调试、 算法、弯道预判。 其二，传感器可以随动跟线，提高了检测范围。 其三，独立设计了控制电路板，充分利用 STM32 单片机现有模块进行编程， 同时拨码开关、状态指示灯等方便了算法调试。
1.3 方案的研讨与制定
1.3.1传感器选择方案 方案一：选用红外管作为赛道信息采集传感器。 由于识别赛道主要是识别黑白两种不同的颜色， 而红外对管恰好就能实现区 分黑白的功能，当红外光照在白色KT板上时，由于赛道的漫反射作用，使得一部 分红外光能反射回来， 让接收管接的输出引脚的电压发生变化，通过采集这个电 压的变化情况来区分红外光点的位置情况，以达到区分赛道与底板的作用。 红外管的优点在于价格便宜，耐用；缺点却用很多：1、红外光线在自然环 境中，无论是室内还是室外均比较常见，就使得其抗干扰能力不强，容易受环境 变化的影响。2、调试不方面，由于红外光是不可见光，调试的时候需要采用比 较麻烦的方法来判断光电的位置。3、由于红外管光线的直线性不好，就使得红 外传感器所能准确的判断的最远距离比较小，也就是通常所说的前瞻不够远。
飞思卡尔智能车电磁组信号采集
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飞思卡尔智能车比赛细则
2016
目录
第十一届竞赛规则导读 参加过往届比赛的队员可以通过下面内容了解第十一届规则主要变化。如果第一次参加比赛，则建议对于本文进行全文阅读。 相对于前几届比赛规则，本届的规则主要变化包括有以下内容： 1.本届比赛新增了比赛组别，详细请参见正文中的图1和第四章的“比赛任务” 中的描述； 2.第十届电磁双车组对应今年的A1组：双车追逐组。其它组别与新组别的对应 关系请参见图2； 3.为了提高车模出界判罚的客观性，规则提出了两种方法：路肩法和感应铁丝 法，详细请见赛道边界判定”； 4.改变了原有的光电计时系统，所有赛题组均采用磁感应方法计时，详细请参 见“计时裁判系统”； 5.取消了第十届的发车灯塔控制的方式； 6.赛道元素进行了简化，详细请参见“赛道元素”； 7.赛道材质仍然为PVC耐磨塑胶地板，但赛题组A2不再需要赛道。 8.对于车模所使用的飞思卡尔公司MCU的种类、数量不再限制。 9.比赛时，每支参赛队伍的赛前准备时间仍然为20分钟，没有现场修车环节。
一、前言 智能车竞赛是从2006开始，由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。至今已经成功举办了十届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展。 为了实现竞赛的“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，竞赛内容设置需要能够面向大学本科阶段的学生和教学内容，同时又能够兼顾当今时代科技发展的新趋势。 第十一届比赛的题目在沿用原来根据车模识别赛道传感器种类进行划分的基础类组别之上，同时增加了以竞赛内容进行划分的提高类组别，并按照“分赛区普及，全国总决赛提高”的方式，将其中一个类别拓展出创意类组别。第十一届比赛的题目各组别分别如下： ●基础类包括B1光电组、B2摄像头组、B3电磁直立组、B4电轨组； ●提高类包括A1双车追逐组、A2信标越野组； ●创意类包括I1 电轨节能组。 图 1 不同组别，不同挑战度 每个组别在选用的车模、赛道识别方法、完成任务等方面存在差别，对于参赛选手不同学科知识和能力要求也不同，制作的挑战度也有较大的区别。相比较而言，
智能车技术报告(新)
南京工业大学信息学院电子设计大 赛（智能车） 技术报告 学校：南京工业大学 专业：电子信息工程 参赛队员：沈春娟袁乐乐袁冯杰
引言 根据本次比赛规则的要求,结合“飞思卡尔”的一些要求，本队已经完成了智能车系统的设计、制作、安装和调试。该智能车的设计思路是：首先，通过路径识别传感器采集路径信息，经STC12C5A32S2单片机处理输出控制信号，通过电机驱动控制两个直流电机的转速，实现智能车快速寻迹的目的。 利用红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航的设计与实现。使用红外反射式传感器感知与地面颜色有较大反差的引导线，从而实现自主式寻迹。利用PWM 技术对直流电机进行速度调节，两轮驱动，运用两个直流电机转速差异进行方向的控制调节。 本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式传感器识别路径上的黑线，通过PWM技术对两个直流电机的速度进行控制，由速度差决定转向的角度，使用开环控制结合PD算法对速度进行简单修正实现直流电机的速度控制。该系统以STC公司的生产的单片机STC 12C5A32S2为控制核心，主要由电源模块、核心控制模块、路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成。为了使智能车更加快速、平稳、准确地行驶，本系统将路径识别，车速的快速检测与响应，电机和直流驱动电机的正确控制紧密地结合在一起。 技术报告共分为五个部分：第一部分为引言；第二部分是智能车系统设计，介绍智能车总体设计和软、硬件设计及实现方案；第三章是控制算法设计，详述智能车软件实现；第四章是实验验证；第五章是总结。
智能车系统设计 一．硬件设计 本系统硬件部分由电源模块、主控制器模块、路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成，系统硬件结构如图所示。 1. 主控制器模块 本系统中，主控制器模块采用STC 12C5A32S2单片机。STC公司的单片机STC 12C5A32S2主要特点就是功能高度的集中，并且易于扩展，超强抗干扰，超强抗静电，低功耗。拥有2个16位定时器(兼容普通8051定时器T0/T1)，2路PCA 可再实现2个定时器，拥有8通道、10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM 还可当2路D/A使用。该单片机的运算能力强，自由度大，软件编程灵活。支持C语言程序设计、汇编语言程序设计以及C语言与汇编语言的混合程序设计，在系统可编程,无需编程器,无需仿真器，极大地方便了用户的使用，提高了系统开发效率。我们选择这款单片机主要是因为该单片机集成了两路可编程计数器阵列(PCA)模块，可用于脉宽调制(PWM)输出，来控制车轮的转速。 2. 电源模块 本系统中，为满足智能车各部分正常工作的需要，本系统采用12V 25C航模电池，通过外围电路的整定，电源被分配给各个模块。 电源模块分为两个部分，为了保证控制核心的稳定性，单独供电，主电路板供电采用7805集成稳压块，该集成电路输出电压稳定，加之直流供电，不需要复杂的滤波系统。缺点发热量大，电能利用率低，所以7805可以满足系统要求。电路如图所示： 主控制器模块 电源模块 路径识别模块电机驱动模块 车速检测模块
飞思卡尔智能车电机资料
3.1.6驱动电机介绍 驱动电机采用直流伺服电机，我们在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，这是因为直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。在很多方面有优越性，具体来说，它具有以下优点: (1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。 (2)调速范围宽，高精度，机械特性及调节特性线性好，且运行速度平稳。 (3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。 (4)电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击的 影响。 (5)可以长时间地处于停转状态而不会烧毁电机，一般电机不能长时间运行于 停转状态，电机长时间停转时，稳定温升不超过允许值时输出的最大堵转转矩称为连续堵转转矩，相应的电枢电流为连续堵转电流。 图3.1为该伺服电机的结构图。图3.2是此伺服电机的性能曲线。 图3.1 伺服电机的结构图
图3.2 伺服电机的性能曲线 3.1.7 舵机介绍 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图3.3所示。图3.4为舵机的控制线。
智能车电磁环境制作
第五届全国大学生智能汽车竞赛 20KHz 电源参考设计方案 （竞赛秘书处技术组版本1.0） 第五届全国大学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。根据比赛技术要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下电线中20KHz交表电流产生的磁场来导引小车沿着道路行驶。在平时调试和比赛过程中需要能够满足比赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中心线下的线圈。本文档给出了电源设计参考方案，参赛队伍可以根据这些参考设计方案自行设计制作所使用电源。 一、 电源技术指标要求： 根据《竞赛比赛细则》附件三关于电磁组赛道说明，20KHz电源技术要求如下： 1、驱动赛道中心线下铺设的0.1-0.3mm直径的漆包线； 2、频率范围：20K±2K； 3、电流范围：50-150mA； 下图是赛道起跑区示意图，在中心线铺设有漆包线。 图1 竞赛跑道起跑区示意图
首先分析赛道铺设铜线的电抗，从而得到电源输出的电压范围。 我们按照普通的练习赛道总长度50，使用直径为0.2mm漆包线。在30摄氏度下，铜线的电阻率大约为 0.0185欧姆平方毫米/米。计算可以得到中心线的电阻大约为29.4欧姆。 按照导线电感量计算机公式： 4 2ln0.75() l L l nH d ?? =×? ?? ?? 。其中l, d的单位 均为cm。可以计算出直径为0.2mm，长度50米的铜线电感量为131微亨。对应20KHz下，感抗约为16.5欧姆。 可以看出，线圈的电感量小于其电阻值。由于导线的电感量与铺设的形状有关系，上述计算所得到的电感量不是准确数值。另外，我们可以在输出时串接电容来抵消电感的感抗。所以估算电源电压输出范围的时候，我们不再特别考虑线圈的电感对于电流的影响。 为了方便设计，我们设计电源输出电压波形为对称方波。由于线圈电感的影响，线圈中的电流为上升、下降沿缓变的方波波形。如下图所示 图2 线圈驱动电压与电流示意图 对于电阻为29.4欧姆的赛道导线，流过100mA的电流，电压峰值应该大于3V。考虑到赛道长度有可能进一步增加、漆包线的直径减少等原因，设计电源输出电压的峰值为6V。在输出电流为150mA的时候，电源输出功率大约为0.9W。 二、 电源组成 电源电路包括振荡电路、功率输出电路、恒流控制电路以及电源等组成。 如下图所示：
飞思卡尔智能车竞赛新手入门建议
每年都会有很多新人怀着满腔热情来做智能车，但其中的很多人很快就被耗光了热情和耐心而放弃。很多新人都不知道如何入手，总有些有劲无处使的感觉，觉得自己什么都不会，却又不知道该干什么。新人中存在的主要问题我总结了以下几点： l缺乏自信，有畏难情绪 作为新人，一切都是新的。没有设计过电路，没有接触过单片机，几乎什么都不会。有些新人听了两次课，看了两篇技术报告，就发现无数不懂不会的东西，于是热情在消退，信心在减弱。这些都是放弃的前兆。殊不知，高手都是从新人过来的，没有谁天生什么都会做。一件事件，如果还没开始做，就自己否定自己，认为自己做不到，那么肯定是做不到的。 l习惯了被动接收知识，丧失了主动学习的能力。 现在的学生大多从小习惯了被灌输知识，只学老师教的，只学老师考的。殊不知一旦走向社会，将不再有老师来教，不再有应付不完的考试。做智能车和传统的教学不同，学生将从被动学习的地位转变为主动学习。就算有指导老师，有指导的学长，但也都处于被动地位，往往都不会主动来教。有的学生一开始就没有转变思想，还希望就像实验课一样，老师安排好步骤1，2，3……，然后自己按照老师安排好的步骤按部就班的完成。这样的学生，往往都丧失了提出问题和分析问题的能力，只是一个应付考试的机器。要知道，解决问题的第一步是提出问题，如果总等着别人来教，那么问题永远会挡在你面前。 l缺乏团队精神和合作意识 智能车比赛是以团队的形式参赛，只依靠个人能力单兵作战就能取得好成绩的是很少很少的。当今社会，任何人的成功都离不开身后的团队的支撑。智能车是一个很复杂的系统，电路、机械、传感器、单片机、底层驱动、控制算法……。如果所有的任务都是一个人去完成，固然锻炼了自己，但想做的很好却很不现实。很多新人，来到实验室，来到一个陌生的环境和团队，连向学长请教，和同学交流的勇气都没有，又如何融入团队呢。除了要主动融入团队，还要培养自己的团队意识。团队精神往往表现为一种责任感，如果团队遇到问题，每个人都只顾自己，出了错误，不想着解决问题，而是互相推诿埋怨。这样的团队，肯定是无法取得好成绩的。 l缺乏耐心和细心的精神 其实把一件事做好很简单，细心加上耐心。不细心就想不到，没有耐心，即使想到了也做不到。做事怕麻烦，将就，说白了就是惰性在作祟。明明可以把支架做的更轻更漂亮，明明可以把程序写的更简洁，明明可以把电路设计得更完善……。其实，每个人都有很大潜力，如果不逼自己一次，你永远不知道自己的潜力有多
飞思卡尔智能车竞赛光电组技术报告
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛光电组技术报告 学校：中北大学 伍名称：ARES 赛队员：贺彦兴 王志强 雷鸿 队教师：闫晓燕甄国涌
关于技术报告和研究论文使用授权的说明书本人完全了解第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日期：2014-09-15日
摘要 本文介绍了第九届“飞思卡尔杯全国大学生智能车大赛光电组中北大学参赛队伍整个系统核心采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA ，利用TSL1401线性CCD 对赛道的行扫描采集信息来引导智能小车的前进方向。机械系统设计包括前轮定位、方向转角调整，重心设计器件布局设计等。硬件系统设计包括线性CCD传感器安装调整，电机驱动电路，电源管理等模块的设计。软件上以经典的PID算法为主，辅以小规Bang-Bang 算法来控制智能车的转向和速度。在智能车系统设计开发过程中使用Altium Designer设计制作pcb电路板，CodeWarriorIDE作为软件开发平台，Nokia5110屏用来显示各实时参数信息并利用蓝牙通信模块和串口模块辅 助调试。关键字：智能车摄像头控制器算法。
目录 1绪论 (1) 1.1 竞赛背景 (1) 1.2国内外智能车辆发展状况 (1) 1.3 智能车大赛简介 (2) 1.4 第九届比赛规则简介 (2) 2智能车系统设计总述 (2) 2.1机械系统概述 (3) 2.2硬件系统概述 (5) 2.3软件系统概述 (6) 3智能车机械系统设计 (7) 3.1智能车的整体结构 (7) 3.2前轮定位 (7) 3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 (8) 3.4传感器的安装 (8) 4智能车硬件系统设计 (8) 4.1XS128芯片介绍 (8) 4.2传感器板设计 (8) 4.2.1电磁传感器方案选择 (8) 4.2.2电源管理模 (9) 4.2.3电机驱动模块 (10) 4.2.4编码器 (11) 5智能车软件系统设 (11) 5.1程序概述 (11) 5.2采集传感器信息及处理 (11) 5.3计算赛道信息 (13) 5.4转向控制策略 (17) 5.5速度控制策略 (19) 6总结 (19)
电磁组智能车恒磁式20KHZ信号源设计导图
现在我们借助电磁组用的20KHZ的信号发生器看看能学到些什么。 信号发生器分三个部分组成，20K信号发生器、功率输出部分（功率输出可以采用多种方式，我们在这里只讨论用分立元件组成的H桥）、恒流源部分。20K信号的发生有多种方式，可以使用单片机也可以使用555还可以使用其他的振荡电路（教材上有详细的介绍）。下面我们主要讨论一下H桥和恒流控制。 这是一个H桥功率输出+恒流电路，现在我们把它拆分成两部分来看。首先是H桥的主体如下图所示。 这是上臂由PNP三极管和下臂由NPN三极管构成的H桥。其原理是在三极管工作在关闭和饱和两种状态的基础下，当控制Q1和Q4导通并且另外两只三极管截至的情况下电流会从负载（RL）的左侧流向右侧（红线方向）；同理当Q2和Q3导通Q1和Q4截至的时候电流会从负载的右侧流向左侧（绿线方向）。 让NPN三极管工作在饱和的状态（当开关使）只要使其基极电流足够大就可以了（不可太大会烧坏管子的），当Vbe大于导通电压时集电极和发射极导通。一般NPN三极管当开关使的电路如下图所示。 与NPN三极管不同的是PNP三极管的Vbe为负压时（电流从发射极流向基极）发射极和集电极导通。一般PNP三极管当开关使的电路如下图所示。
通过观察这两个开关电路可以发现NPN三极管开关电路的负载比三极管更靠近电源正极，而PNP三极管开关电路的负载比三极管更靠近地。为什么要这么做呢，如果放反了会怎么样呢，以NPN三极管为例。 我们都知道NPN三极管正常工作时发射极电位是小于基极电位的，所以上图电路中的三极管是工作在放大状态下的。这个电路的好处在于基极电流很小（输入阻抗很大），基极电流近似等于（基极电压-导通电压）/负载电阻/β。在共集放大电路（在学习共集放大电路的时候不妨也顺便看看共基放大电路）和推挽电路中会看到它的身影。这个电路稍微改造一下就变成了一个最简单的（之一吧）恒流源。 流过负载电阻RL的电流近似恒定为（Vref-导通电压）/Rfb。那么这个电路是如何恒流的呢，反馈电阻Rfb（在这里就不叫负载电阻了）是关键。我们都知道在RL在一定范围内变化时（这点很重要，RL如果太大下文就不成立了）三极管的集电极电流=基极电流*β，集电极电流与RL无关，但是β会随着三极管工作产生的热量变化，所以β值的变化是恒流最大的敌人。好在这里有Rfb，当β增大时集电极电流增大即流过Rfb的电流就会增大所以导致三极管发射极电压升高，进而导致基极电流变小使集电极电流稳定下来。这就是所谓的负反馈。可以把这个电路抽象成一个串接在主回路上的可调电阻器。
第五届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学电磁组技术报告
第五届飞思卡尔杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 学校：华中科技大学 队伍名称：华中科技大学五队 参赛队员：方华启 张江汉 诸金良 带队教师：何顶新 罗惠
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第五届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日期：
目录 第1章引言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 全文安排 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1 电路系统框图 (3) 2.2 电源部分 (4) 2.3 电机驱动部分 (5) 2.4 电磁传感器 (6) 第3章机械设计 (8) 3.1 车体结构和主要参数及其调整 (8) 3.2 舵机的固定 (10) 3.3 传感器的固定 (11) 3.4 编码器的固定 (11) 第4章软件设计 (12) 4.1 程序整体框架 (12) 4.2 前台系统 (13) 4.3 后台系统 (13) 4.4 软件详细设计 (14) 第5章调试 (15) 第6章全文总结 (16) 6.1 智能车主要技术参数 (16) 6.2 不足与改进 (16) 6.3 致谢与总结 (17) I
参考文献 (18) 附录A 源代码 (18) II
第1章引言 第1章引言 教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛（教高司函[2005]201号文）[1]。 为响应教育部的号召，本校积极组队参加第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。从2009 年12 月开始着手进行准备，历时近8 个月，经过设计理念的不断进步，制作精度的不断提高，经历 2 代智能车硬件平台及相关算法的改进，最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。作为电磁组的华中科技大学五队采用轻质量机械设计、大前瞻传感器和连续化算法处理的基本技术路线，在前瞻距离、噪声抑制、驱动优化、整车布局等方面加强研究创新，在有限计算能力下获得了较高的赛道信息准确率。使智能车能够满足高速运行下的动力性和稳定性需求，获得了良好的综合性能和赛场表现。 本文将对智能车的总体设计和各部分的详细设计进行一一介绍。 1.1 概述 1.1.1 电路设计 飞思卡尔电磁组智能汽车硬件主要分为主控板，传感器板。本车在主控板上主要特色为电机使用H桥驱动，从性能和扩展性上优于集成驱动器方案。传感器板设计着重考虑提高传感器的前瞻量和信号的抗干扰能力。 1.1.2 机械设计 机械方面，主要是对舵机的安装进行了研究，加长了舵机的连杆，以增加反应速度。另外，主要研究车差速性能的研究以及传感器支架的固定。 1.1.3 控制程序设计 一方面使用免费的μCOS操作系统，这给智能车的整体调试提供了很多方便；另一方面，在大前瞻传感器的基础上设计出合理的舵机、电机控制算法，在满足稳定性要求的基础上提高速度。 1
飞思卡尔杯智能车竞赛报告总结
1.1. 系统分析 智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车，最后成绩取决于单圈最快时间。因此智能车主要由三大系统组成：检测系统，控制系统，执行系统。其中检测系统用于检测道路信息及小车的运行状况。控制系统采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12XS128作为主控芯片，根据检测系统反馈的信息新局决定各控制量——速度与转角,执行系统根据单片机的命令控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程如图1.1，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由执行系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。 图2.1 1.2. 系统设计 参赛小车将电感采集到的电压信号,经滤波,整流后输入到XS128单片机，用光电编码器获得实时车速，反馈到单片机，实现完全闭环控制。速度电机采用模糊控制，舵机采用PD控制，具体的参数由多次调试中获得。考滤到小车设计的综合性很强，涵盖了控制、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科领域，因此我们采用了模块化设计方法，小车的系统框图如图2.2。
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 图2.2 1.3. 整车外观 图2.3
1.4. 赛车的基本参数 智能车竞赛所使用的车模是东莞市博思公司生产的G768型车模，由大赛组委会统一提供，是一款带有摩擦式差速器后轮驱动的电动模型车。车模外观如图3.1。车模基本参数如表3.1。 图3.1 表3.1车模基本参数 1.5. 赛车前轮定位参数的选定
第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。模型车的前轮定位参数都允许作适当调整，故此我们将自身专业课所学的理论知识与实际调车中的赛车状况相结合，最终得出赛车匹配后的前轮参数[6]。 1.5.1. 主销后倾角 主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角γ，如图3-2。模型车的主销后倾角可以设置为0、 2°?3°、 4°?6°，可以通过改变上横臂轴上的黄色垫片来调整，一共有四个垫片，前二后二时为0°，前一后三为2°?3°，四个全装后面时为4°?6°。 由于主销后倾角过大时会引起转向沉重，又因为比赛所用舵机特性偏软，所以不宜采用大的主销后倾角，以接近0°为好，即垫片宜安装采用前二后二的方式，以便增加其转向的灵活性。如图3.3。 图3.2 图3.3 1.5. 2. 主销内倾角 主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角β，如图3.4,它的作用也是使前轮自动回正。对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于前轴与主销近似垂直的关系，故主销内倾角
飞思卡尔智能车电磁组程序员成长之路(未完待续)
飞思卡尔智能车电磁组程序员成长之路 1.飞思卡尔智能车小车入门 智能汽车电磁组简介： 第五届全国大学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。根据比赛技术 要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下电线中20KHz 交 变电流产生的磁场来导引小车沿着道路行驶。在平时调试和比赛过程中需要能够满足比 赛技术要求的 20KHz 的交流电源驱动赛道中心线下的线圈。同时参赛选手需要自行设 计合适的电磁传感器来检测赛道信息完成智能寻迹功能。 智能车制作是一个涵盖电子、电气、机械、控制等多个领域和学科的科技创新活动。简单点来说可以将其分为硬件电路（包括电源、MUC 控制部分、电机驱动、传感器）、机械、算法三方面的设计。电磁组在机械方面可以参照光电组的设计方案，这里不再赘述。本设计指导只讲述20KHZ 电源、电磁传感器设计方案以及部分算法。 智能车对单片机模块需求： 飞思卡尔单片机资源：
智能车涉及到IO模块，中断模块，PWM模块，DMA模块，AD模块等。在车模调试中还有必须的模块。如SCI模块、定时器模块，SPI模块等。其中还涉及到一些算法和数据的存储和搬移。一个好程序框架对智能车的制作过程中会达到事半功倍的效果。但是就智能车这样系统来说，如果完全专门移植一个操作系统或者写一个程序的bootload，感觉有一些本末倒置，如果有成熟的，可以借用的，那样会比较好。 2．电磁传感器的使用 20KHz电源参考设计方案： 电源技术指标要求： 根据官网关于电磁组赛道说明，20KHz 电源技术要求如下： 1.驱动赛道中心线下铺设的 0.1-0.3mm 直径的漆包线； 2.频率围：20K±2K； 3.电流围：50-150mA； 图 2.1 是赛道起跑区示意图，在中心 线铺设有漆包线。 首先分析赛道铺设铜线的电抗，从而得 到电源输出的电压围。我们按照普通的练习 赛道总长度 50m，使用直径 0.2mm 漆包线。在30 摄氏度下，铜线的电阻率大约为 0.0185 欧姆平方毫米/米。计算可以得到中心线的电阻大约为 29.4 欧姆。 按照导线电感量计算机公式： 其中 l, d 的单位均为 cm。可以计算出直径为 0.2mm，长度 50 米的铜线电感量为131 微亨。对应 20KHz 下，感抗约为 16.5 欧姆。
飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案
飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案电磁组竞赛车模 路径检测设计参考方案 (竞赛秘书处 2010-1，版本 1.0) 一、前言 第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。竞赛车模需要能够通 过自动识别赛道中心线位置处由通有 100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。 本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛 的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。 二、设计原理 1、导线周围的电磁场 根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车 竞赛使用路径导航的交流电流频率为 20kHz，产生的电磁波属于甚低频(VLF) 电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为 3kHz,30kHz，波长为 100km,10km。如下图所示: 图 1:电流周围的电磁场示意图
导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度 和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。 由于赛道导航电线和小车尺寸 l 远远小于电磁波的波长，，电磁场辐射能量很小(如果天线的长度 l 远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方)，所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。 由毕奥-萨伐尔定律知:通有稳恒电流 I 长度为 L 的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为 r 处 P 点的磁感应强度为: 图 2 sin直线电流的磁场 , d, ,(0 , 4 10, 7 TmA 1 ) B , ，， cos,1 2 ，。 (1) ,1 4 r 由此得: B , cos, 4 r 4 r
飞思卡尔智能车技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告 学校： 队伍名称： 参赛队员： 带队教师：
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日期： 摘要 随着现代科技的飞速发展，人们对智能化的要求已越来越高，而智能化在汽车相关产业上的应用最典型的例子就是汽车电子行业，
汽车的电子化程度则被看作是衡量现代汽车水平的重要标志。同时，汽车生产商推出越来越智能的汽车，来满足各种各样的市场需求。本文以第六届全国大学生智能车竞赛为背景，主要介绍了智能车控制系统的机械及硬软件结构和开发流程。 机械硬件方面，采用组委会规定的标准 A 车模，以飞思卡尔半导体公司生产的80管脚16 位单片机MC9S12XS128MAA 为控制核心，其他功能模块进行辅助，包括：摄像头数据采集模块、电源管理模块、电机驱动模块、测速模块以及无线调试模块等，来完成智能车的硬件设计。 软件方面，我们在CodeWarrior IDE 开发环境中进行系统编程，使用增量式PD 算法控制舵机，使用位置式PID 算法控制电机，从而达到控制小车自主行驶的目的。 另外文章对滤波去噪算法，黑线提取算法，起止线识别等也进行了介绍。 关键字：智能车摄像头图像处理简单算法闭环控制无线调试 第一章引言 飞思卡尔公司作为全球最大的汽车电子半导体供应商，一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的
飞思卡尔智能车设计报告
飞思卡尔智能车设计报告
目录 1.摘要 (3) 2.关键字 (3) 3.系统整体功能模块 (3) 4.电源模块设计 (4) 5.驱动电路设计 (4) 6.干簧管设计 (5) 7.传感器模块设计 (6) 8.传感器布局 (6) 9.软件设计 (7) 9.1控制算法 (7) 9.2软件系统实现（流程图） (10) 10.总结 (11) 11.参考文献 (12)
1.摘要 “飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。 本文介绍了飞思卡尔电磁组智能车系统。本智能车系统是以飞思卡尔32 位单片机K60为核心，用电感检测赛道导线激发的电磁信号， AD 采样获得当前传感器在赛道上的位置信息，通过控制舵机来改变车的转向，用增量式PID进行电机控制，用编码器来检测小车的速度，共同完成智能车的控制。 2.关键字 电磁、k60、AD、PID、电机、舵机 3.系统整体功能模块 系统整体功能结构图
4.电源模块设计 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 全部硬件电路的电源由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。 电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各模块的工作电压都需要经电源管理芯片来实现。 由于智能车使用7.2V镍镉电池供电，在小车行进过程中电池电压会有所下降，故使用低压差电源管理芯片LM2940。LM2940是一款低压稳压芯片，能提供5V的固定电压输出。LM2940低压差稳压芯片克服了早期稳压芯片的缺点。与其它的稳压芯片一样，LM2940需要外接一个输出电容来保持输出的稳定性。出于稳定性考虑，需要在稳压输出端和地之间接一个47uF低等效电阻的电容器。 舵机的工作电压是6伏，采用的是LM7806。 K60单片机和5110液晶显示器需要3.3伏供电，采用的是LM1117。 5.驱动电路设计 驱动电路采用英飞凌的BTS7960，通态电阻只有16mΩ，驱动电流可达43A，具有过压、过流、过温保护功能，输入PWM频率可达到25KHz，电源电压5.5V--27.5V。BTS7960是半桥驱动，实际使用中要求电机可以正反转，故使用两片接成全桥驱动。如图下图所示。
(毕业设计)飞思卡尔智能车及机器视觉
图像处理在智能车路径识别中的应用 摘要 机器视觉技术在智能车中得到了广泛的应用，这项技术在智能车的路径识别、障碍物判断中起着重要作用。基于此，依据飞思卡尔小车的硬件架构,研究机器视觉技术应用于飞思卡尔小车。飞思卡尔智能车处理器采用了MC9S12XS128芯片，路况采集使用的是数字摄像头OV7620。 由于飞思卡尔智能车是是一款竞速小车，因此图像采集和处理要协调准确性和快速性，需要找到其中的最优控制。因此本设计主要需要完成的任务是：怎样用摄像头准确的采集每一场的图像，然后怎样进行二值化处理；以及怎样对图像进行去噪处理；最后也就是本设计的难点也是设计的核心，怎样对小车的轨迹进行补线。 本设计的先进性，在众多的图像处理技术中找到了适合飞思卡尔智能车的图像处理方法。充分发挥了摄像头的有点。经过小车的实际测试以及相关的MATLAB 仿真，最终相关设计内容都基本满足要求。小车的稳定性和快速性得到显著提高。 关键词：OV7620，视频采集，图像处理，二值化
The Application of Image Processing in the Recognition of Intelligent Vehicle Path ABSTRACT CameraMachine vision technology in the smart car in a wide range of applications, the technology identified in the path of the smart car, and plays an important role in the obstacles to judge. Based on this, based on the architecture of the Freescale car, machine vision technology used in the Freescale car. Freescale smart car the processor MC9S12XS128 chip traffic collected using a digital camera OV7620. Freescale's Smart car is a racing car, so the image acquisition and processing to coordinate the accuracy and fast, you need to find the optimal control. This design need to complete the task: how to use the camera to accurately capture every image, and then how to binarization processing; and how to image denoising; last is the difficulty of this design is the design of the core, how to fill line on the trajectory of the car. The advanced nature of the design found in many image processing techniques of image processing methods for Freescale Smart Car. Give full play to the camera a bit. The actual testing of the car and MATLAB simulation, the final design content can basically meet the requirements. The car's stability and fast to get improved significantly. KEY WORDS:OV7620，Video Capture，PictureProcessing，Binarization