飛思卡爾智能汽車模型設(shè)計(jì)與制作

智能汽車模型設(shè)計(jì)與制作吳振宇第一頁，共三十四頁?！帮w思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽簡(jiǎn)介以自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、汽車電子技術(shù)為背景涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、模式識(shí)別等多個(gè)學(xué)科以飛思卡爾公司16位單片機(jī)S12為核心控制器根據(jù)原理不同分為光電組和攝像頭組進(jìn)行比賽第二頁，共三十四頁。使用攝像頭的智能車（視頻）第三頁，共三十四頁。使用光電管的智能車（視頻）第四頁，共三十四頁?！帮w思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽規(guī)則賽道規(guī)格：

賽道路面用專用白色基板制作，寬度不小于600mm，跑道表面為白色，中心有連續(xù)黑線作為引導(dǎo)線，黑線寬25mm。

賽道由彎道和直道組成，彎道曲率半徑不小于500mm，形狀可能由任意弧組合而成。第五頁，共三十四頁?！帮w思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽規(guī)則賽車運(yùn)行規(guī)則：

賽車可在600mm寬的賽道內(nèi)任意行駛，可自行優(yōu)化行駛軌跡，達(dá)到最優(yōu)路徑。但賽車有兩個(gè)輪胎同時(shí)離開跑到則認(rèn)為違例，按沖出賽道處理第六頁，共三十四頁。“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽規(guī)則附加要求：

賽道直線部分可以有坡度在15°之內(nèi)的坡面道路，包括上坡與下坡道路。賽道中有交角為90°的交叉線。另有形狀類似的起始線。賽車必須能準(zhǔn)確識(shí)別起始線并在完整跑完1或2圈后自動(dòng)停下，否則將受到一定罰分。第七頁，共三十四頁。關(guān)于S12系列單片機(jī)（MC9S12DG128為例）飛思卡爾公司推出的面向汽車電子應(yīng)用的16位單片機(jī)內(nèi)置16通道10位高速AD轉(zhuǎn)換器強(qiáng)大的ECT增強(qiáng)型定時(shí)器模塊，提供輸入捕捉、輸出比較、脈沖計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)器等豐富的時(shí)鐘/計(jì)數(shù)功能第八頁，共三十四頁。關(guān)于S12系列單片機(jī)（MC9S12DG128為例）內(nèi)置多個(gè)SCI、SPI串行通信收發(fā)器內(nèi)置8路8位或4路16位PWM產(chǎn)生電路高達(dá)89個(gè)可用IO內(nèi)置鎖相環(huán)，可工作于高達(dá)64MHz的內(nèi)部總線頻率第九頁，共三十四頁。整體系統(tǒng)框圖第十頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)第十一頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)時(shí)鐘部分設(shè)計(jì)第十二頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)復(fù)位電路第十三頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)BDM接口第十四頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)SCI-RS232電平轉(zhuǎn)換電路第十五頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境Codeworriordebug編譯第十六頁，共三十四頁。S12系列單片機(jī)的調(diào)試環(huán)境Hiwave源代碼窗口變量監(jiān)視窗口1匯編代碼窗口寄存器監(jiān)視窗口內(nèi)存監(jiān)視窗口調(diào)試命令窗口變量監(jiān)視窗口2第十七頁，共三十四頁。使用攝像頭的智能車技術(shù)簡(jiǎn)介攝像頭的選型模擬類攝像頭： 輸出全電視信號(hào)，使用LM1881分離出行同步、場(chǎng)同步信號(hào)，使用片內(nèi)或外置AD或比較器進(jìn)行圖像采集，由單片機(jī)進(jìn)行后期處理，從圖像中分離出賽道信息，決策出車模的速度和轉(zhuǎn)角。優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、分辨率高、價(jià)格低廉缺點(diǎn)：外圍電路復(fù)雜，采集方法復(fù)雜第十八頁，共三十四頁。LM1881行場(chǎng)同步分離電路第十九頁，共三十四頁。使用攝像頭的智能車技術(shù)簡(jiǎn)介攝像頭的選型數(shù)字類攝像頭（以O(shè)V6620為例）： 內(nèi)置高速AD轉(zhuǎn)換器，按設(shè)定格式輸出數(shù)字圖像。使用簡(jiǎn)單，無需多余的外圍電路，單片機(jī)可以直接接收到圖像信息進(jìn)行處理優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單，速度快缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，容易損壞，工作不穩(wěn)定第二十頁，共三十四頁。OV6620數(shù)字?jǐn)z像模塊（c3088）簡(jiǎn)介第二十一頁，共三十四頁。使用光電管的智能車技術(shù)簡(jiǎn)介使用光電管預(yù)測(cè)賽道信息的基本原理：黑色和白色對(duì)光線的反射能力不同具體實(shí)現(xiàn)方法：使用反射式發(fā)射接收對(duì)管，由發(fā)射管發(fā)射光波，判斷接收管接受到光的強(qiáng)度需注意的問題：發(fā)射的光波最好避開可見光頻段，如紅外光等，可避免環(huán)境光的干擾。如使用可見光，應(yīng)使發(fā)射強(qiáng)度明顯高于環(huán)境光強(qiáng)，如使用激光，以區(qū)別環(huán)境光線。也可使用調(diào)制發(fā)射的方法來克服環(huán)境干擾第二十二頁，共三十四頁。使用光電管的智能車技術(shù)簡(jiǎn)介光電管接收方式的分類：模擬式：直接采集接受管的電壓，根據(jù)電壓值判斷黑白線。此方法準(zhǔn)確度較低，操作困難，但可以大大提高反射式接收管的預(yù)測(cè)距離數(shù)字式：使用比較器根據(jù)事先設(shè)定的閾值用硬件判斷黑白線，單片機(jī)直接得到數(shù)字信號(hào)，且準(zhǔn)確度較高，不易出錯(cuò)。缺點(diǎn)是數(shù)字式預(yù)測(cè)距離有限，距離大時(shí)將嚴(yán)重影響其精度。可以結(jié)合以上兩種方式判斷賽道信息第二十三頁，共三十四頁。采集接收管模擬電壓的電路第二十四頁，共三十四頁。遲滯比較器應(yīng)用電路第二十五頁，共三十四頁。電機(jī)控制方法簡(jiǎn)介本車模使用組委會(huì)規(guī)定的微型直流電機(jī)，它是牽引車模運(yùn)動(dòng)的唯一動(dòng)力源。通常使用H橋作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與調(diào)速功能。需使用PWM信號(hào)控制H橋給電機(jī)調(diào)速。第二十六頁，共三十四頁。H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理第二十七頁，共三十四頁。H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理-正反轉(zhuǎn)第二十八頁，共三十四頁。TD340+MOSFET構(gòu)成的H橋第二十九頁，共三十四頁。專用H橋MC33886第三十頁，共三十四頁。PWM技術(shù)原理簡(jiǎn)介通過改變H橋某一路的導(dǎo)通時(shí)間來改變加載在電機(jī)兩側(cè)的平均電壓，從而即可達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)出力的目的Vd=10%VsVd=50%VsVd=90%Vs第三十一頁，共三十四頁。舵機(jī)控制方法簡(jiǎn)介本車模使用組委會(huì)規(guī)定的舵機(jī)S3010作為車模的轉(zhuǎn)向裝置。額定工作電壓為4~6V。工作電流約100mA，堵轉(zhuǎn)電流很大，可能損壞舵機(jī)。S3010采用周期為20ms左右的pwm信號(hào)控制其轉(zhuǎn)角。舵機(jī)轉(zhuǎn)角和pwm占空比近似呈線性關(guān)系，可通過試驗(yàn)測(cè)定比例系數(shù)第三十二頁，共三十四頁。速度檢測(cè)部分硬件第三十三頁，共三十四頁。內(nèi)容總結(jié)智能汽車模型設(shè)計(jì)與制作。以自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、汽車電子技術(shù)為背景。賽道由彎道和直道組成，彎道曲率半徑不小于500mm，形狀可能由任意弧組合而成。賽車可在600mm寬的賽道內(nèi)任意行駛，可自行優(yōu)化行駛軌跡，達(dá)到最優(yōu)路徑。飛思卡爾公司推出的面向汽車電子應(yīng)用的16位單片機(jī)。內(nèi)置8路8位或4路16位PWM產(chǎn)生電路。優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、分辨率高、價(jià)格低廉。