第十届“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：浙工大银江红领巾队
参赛队员：陈亦鹏
干如剑
蒋世泽
秦志飞
带队教师：陈国定
褚衍清
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第十届“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：陈亦鹏
干如剑
蒋世泽
秦志飞
带队教师签名：陈国定
褚衍清
日期：2014.8.18
摘要
本文介绍了浙江工业大学电磁组银江红领巾队队员们在准备第十届飞思卡尔智能车大赛中的工作成果。智能车的硬件平台采用Kinetis 微控制器，软件平台为IAR开发环境，两辆车模均采用大赛组委会统一提供的B型仿真车模。文中主要以单车为例介绍了智能小车控制系统的机械结构、软硬件结构及设计开发过程，另外在涉及双车通信和跟踪方面，文中也做了详细介绍。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略的优化等多个方面。每辆车模均以MK60DN512ZVLQ10单片机为控制核心，以安装在车身上前瞻上的工字电感为循迹传感器，采用干簧管检测起跑线，利用500线欧姆龙编码器检测速度信息。车模系统的简单工作原理是：MK60DN512ZVLQ10单片机采集工字电感传来的赛道信息，结合舵机控制算法控制舵机转角，单片机再综合赛道信息和超声波检测得到的两车之间的距离，通过NRF24L01无线通信模块，实现两车之间的信息传递，并结合编码器的速度反馈信号利用电机控制算法优化控制两车速度变化，保持两车之间的距离。结合MATLAB软件仿真和上位机软件的监控调试，最终确定了各项最佳控制参数。
关键字：智能双车；PID控制；K60单片机；电磁循迹；跟车距离
目录
摘要......................................................................................................................................... I 引言. (4)
第一章系统总体设计 (1)
1.1系统概述 (1)
1.2 整车布局 (3)
第二章智能车机械结构调整与优化 (4)
2.1舵机的安装 (4)
2.2传感器支架的安装 (5)
2.3底盘加固与高度调整 (6)
2.4坡道导轮装置 (7)
2.5编码器的安装 (7)
2.6前轮定位 (8)
2.6.1 主销后倾 (8)
2.6.2 主销内倾 (9)
2.6.3 前轮前束 (9)
2.7差速器的调整 (10)
2.8超声波的安装 (11)
2.9其他优化调整 (12)
第三章硬件系统设计及实现 (13)
3.1硬件设计方案 (13)
3.2电路设计方案 (13)
3.2.1 单片机最小系统板 (13)
3.2.2 电源稳压电路 (15)
3.2.3 检波放大电路 (16)
3.2.4 舵机供电电路 (17)
3.2.5 电机驱动电路 (17)
3.2.6拨码开关、按键电路 (18)
3.2.7 其他电路模块 (18)
第四章软件系统设计及实现 (19)
4.1 控制策略 (19)
4.1.1 路径识别策略 (19)
4.1.2 路径识别策略的应用 (21)
4.1.3 双车速度控制策略 (21)
4.1.4双车速度控制策略的应用 (22)
4.2 PID 控制算法介绍 (23)
4.2.1 位置式PID (25)
4.2.2 增量式PID (25)
4.2.3微分先行PID (26)
4.2.4 PID 参数整定 (26)
4.3 转向舵机的PD控制效果 (27)
4.4 驱动电机的PID 控制效果 (27)
第五章系统开发及调试 (28)
5.1开发工具 (28)
5.2调试工具 (29)
5.2.1 VisualScope (29)
5.2.2 MATLAB R2014a (29)
5.3调试方法 (30)
第六章车模的主要技术参数 (31)
第七章总结 (32)
附录部分程序代码 (34)
引言
“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。其最早始于韩国，在国内，全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛从2006年开始举办，至今得到了各级领导及各高校师生的高度评价，并且有越来越多的队伍加入其中。
大赛包括光电组、摄像头组和电磁组，为保持创新性，在本届比赛中各组别的规则有所改变，赛道材质改为PVC耐磨塑胶地板；每支参赛队伍的赛前准备时间增加至20分钟，取消现场修车环节；电磁组比赛采用双车模跟踪比赛的方式，比赛的成绩由两部分组成：一部分是两个车模运行的时间，另一部分是两个车模运行的时间差；两个车模可以采用相同的B型车模，也可以采用B型车模与A、C型车模相混合的方式。电磁组赛道中不设置路障等。
本技术报告主要包括智能小车控制系统的机械结构调整与优化、硬件系统设计、软件算法设计等，详尽地阐述了浙工大银江红领巾队的设计方案，突出在机械结构的多种尝试、硬件电路的创新设计以及人工智能控制算法的应用。
在一年的备赛过程中，队员们参看了大量控制方面的书籍，如：《先进PID控制及其MATLAB仿真》、《新型PID控制及其应用》等，智能车制作放面的书籍，如：《学做智能车：挑战“飞思卡尔”杯》，及大量K60芯片方面的资料与书籍，如《轻松玩转ARM Cortex-M4微控制器——基于Kinetis K60》。不仅如此，在这一年漫长而又短暂的学做智能车过程中，培养了我们的电路设计、软件编程、系统调试等方面的能力，锻炼了我们的心理素质、实践动手能力、团队合作能力，在此要感谢浙江工业大学对比赛的关注，我们的成果离不开学校的大力支持及指导老师悉心的教导；感谢一起协作的队员们，协助、互促、共勉才使我们能够走到今天。
第一章系统总体设计
1.1系统概述
今年全国大学生智能汽车竞赛中，电磁组采取双车模跟踪比赛的方式，整个控制系统涉及单车控制和双车通信。对车模的选择，开始时尝试过B车模与C车模混搭配合，但由于调试不方便，而且两种车物理性能存在较大的差距，尤其是C车模电机加减速性能和带负载性能明显差于B车模，最终选择两辆B型车模，尽量减少两辆智能车之间的物理差别，方便双车软件的优化。
对每辆小车的基本结构大致可分为各种检测模块、电源模块、电机驱动模块、舵机转向模块、通信模块以及其它辅助调车模块。本智能车系统的总体结构为：7个不同位置不同朝向放置的工字电感通过检波放大电路输出模拟电压信号，输入到MK60DN512VLQ10微控制器，由K60的AD模块进行数据采集，通过算法进行滤波处理，然后进一步处理获得主要的赛道信息，为舵机和电机的控制提供决策；转向舵机采用PD 控制；驱动电机采用PID控制，通过PWM控制经优化的MOS管驱动电路来调整电机的转速；通过欧姆龙500线编码器来检测两轮的转速，利用K60的LPTMR模块获取获取脉冲计数值，并对应到相应的速度，与速度PID形成闭环；而车速的目标值根据前后车的不同通过超声波检测得到两车之间的距离，然后进行不同的优化给出，具体的控制策略将在下文中详细介绍。
根据竞赛的规则和智能车系统的基本要求，我们设计了系统结构图，如图1.1所示。在满足比赛要求和智能车正常运行的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，减少因硬件而出现的问题。
各模块的作用简述如下：
1）K60 最小系统模块，作为整个智能车系统的控制中枢，将采集电感传感器、编码器、超声波等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服舵机完成对智能车的控制。
2）电感检测模块，是智能车的获取赛道信息途径，具有一定的前瞻性，提前感知
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 前方的赛道信息，为K60做出控制决策提供必要的依据和充足的反应时间。
图 1.1 整车系统结构图
3）编码器检测模块，反馈智能车后轮的实时转速，用于电机转速的闭环控制。
4）陀螺仪检测模块，感知赛道坡道信息。
5）干簧管检测模块，进行停车检测。
6）超声波检测模块，用于两车之间的距离检测，也是两车通信的重要部分。
7）NRF 通信模块，用于两车之间状态信息的交流，配合超声波检测模块，实现练车之间距离的调整。
8）电源模块，为整个智能车的硬件系统提供稳定合适的电源。
9）电机驱动模块，驱动直流电机按照控制中枢给出的控制信号进行加减速。
10）舵机控制模块，控制小车的左右转向。
11）显示屏模块，辅助调车工具，用于显示调车过程中所用到的信息。
12）按键与拨码开关模块，辅助调车工具，用于更改控制参数等。
最小系统模块 MK60DN512VLQ10 显示屏
舵机
转向模块 电机 驱动模块 NRF 通信模块 陀螺仪
检测模块
编码器
检测模块
超声波
检测模块 电源模块 电感 检测模块 按键 拨码开关 干簧管 检测模块
第一章系统总体设计1.2 整车布局
对于两辆车模，我们以尽量减少它们之间的物理差距为原则，对每辆车车体整体布局，归纳为以下几点：
(1) 最大限度降低整车重心，车模底盘降低,主板低放。因为车子重心高低和位置对车子行驶、转弯有很大影响，例如转弯性能和直道加（减）速性能等。
(2) 选用轻质碳杆材料做前瞻支架以支撑检测电感，调整前瞻长度，既减轻前瞻重量又不影响电感的检测性能。
(3) 车身前后端连接碳杆实现加固，尽量消除车身弹性，防止因前瞻电感抖动造成的不确定影响。
(4) 前瞻电感的引出线采用双绞线，最大程度抵抗共模干扰。
(5) 舵机采取卧式安装，自制舵机安放支架，以提高舵机响应速度。
(6) 用自制编码器固定支架，使编码器齿轮卡和到恰当位置。
(7) 优化超声波测距放置位置，方便实现两车之间信号的传递
图1.2 两车整体效果
第二章智能车机械结构调整与优化
智能车系统的任何控制都是在一定的机械结构基础上实现的，因此在设计整个软件架构和算法之前一定要对整个车模的机械结构有一个感性的认识，再针对具体的设计方案来调整赛车的机械结构，并在实际的调试过程中不断的改进和提高。本章将主要以单车为例介绍智能车B车模的机械结构和调整方案，在涉及两车之间通信方面所需要的机械结构也做具体介绍。
2.1舵机的安装
考虑到主板的安装方便以及车模转向性能，我们对舵机安装结构进行了较大的调整。在多次装车过程中，通过实践和比较发现，卧式舵机要比立式舵机更加灵活，输出的力矩更大，但有一个缺点就是占用空间比较大，在安装的过程中要注意支架的选用和位置的选取，因此，我们采用卧式舵机的安装方案，卧式舵机与立式舵机相比，卧式舵机拉杆与舵机摆臂处于同一水平面上，有利于保证线性关系。另外车模的转向是通过舵机带动左右横拉杆实现。舵机的转动速度和功率是一定，要想加快转向机构的响应速度，必须优化舵机的安装位置及其力矩延长杆的长度。由于功率是速度与力矩乘积的函数，过分追求速度，必然要损失力矩，力矩太小也会造成转向迟钝，因此安装时还要综合考虑转向机构响应速度与舵机力矩之间的关系，通过优化得到一个最佳的转向效果。
转向舵机采用卧式安装的方法，如图2.1所示。自主设计的支架如图2.2，使得安装空间更小，稳定性更高，拆卸也更加灵活。
图2.1改进后的舵机转向机构及安装图
第二章智能车机械结构调整与优化
图2.2 舵机支架
2.2传感器支架的安装
传感器支架汲取前辈的经验，采用轻质碳杆支架的方案，该方案优点在于：架构简单，质量轻，强度大，可做任意形状，安装、拆卸和维修较为方便。碳杆长度直接影响到前瞻。所谓前瞻就是小车能检测到的距离离前轮中心的长度。由于电磁组磁场信号较为复杂，如果小车的前瞻较近则不利于小车的快速灵活转向；如果前瞻较远，那么在赛道之间过近的情况下则容易出现判断错误使小车跑出赛道，致使比赛失败。对于前瞻长度，我们尝试了很多方案。
1）短前瞻：10-30cm。因为前瞻短，舵机臂的负载小，车身转向会非常稳定。但短前瞻不能及时预测前方赛道的状况，严重限制了智能车的速度。
2）中距离前瞻：30-50cm。这个前瞻是目前各个电磁组普遍选择的方案。此方案有效提高了车的检测距离，对来自于舵机等延迟机构产生的滞后效应可以抵消，为提高车速提供了重要的保证。
3）长前瞻：≥50cm。该前瞻对于直道多、弯道少的赛道来说是最佳方案，但是太长的前瞻可能会造成系统超前调整，即车身在未入弯之前就已打角，对于连续弯来说转弯效果十分差，但对连续直角来说转弯效果非常好，长前瞻也会造成舵机负载加重，对于摩擦系数不够好的赛道车身会由于转动惯量过大引起严重的侧滑和跑偏现象，而且很容易受到临近赛道干扰。
综合对以上方案的分析与尝试，最终确立选用质量更轻的碳杆作为传感器支架，将前瞻调整到50cm左右。
为了更加准确的固定前瞻支架和拆卸更换前瞻更加方便，设计了专门的前瞻固定器
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告
件，如图2.3所示。
图2.3前瞻固定器件
图2.4 前瞻支架安装效果图
2.3底盘加固与高度调整
由于车模在赛道上高速行驶和连续急转弯，合理的底盘刚度和底盘高度调节会提高智能车的加减速性能、转向性能、行驶稳定性等，官方发布的B车模底盘过软，尤其是在转弯及上下坡是表现的更加明显，很容易导致前瞻上下抖动，电感对赛道信息检测出现跳变，造成智能车在行驶证过程中及其不稳定。为解决这个问题，对智能车底盘用质量轻，强度大的PCB板加以固定。为降低底盘高度，采取对智能车前端左右轮垫一块垫木。
图2.5 底盘调整效果图
第二章智能车机械结构调整与优化
2.4坡道导轮装置
为了防止车子与坡道之间产生摩擦，制作了导轮装置，如图2.6。
图2.6 坡道导轮装置
2.5编码器的安装
速度编码器采用欧姆龙500线编码器，安装方法如下：
用十字扳手套筒将车的后轮拆卸后，安装编码器，固定编码器的固定件利用3D打印机制作，根据车的尺寸及与编码器的相对位置设计连接固定件。在安装完后轮后，在利用十字扳手套筒将后轮装上。编码器固定件如图2.7所示。
图 2.7 编码器连接固定件
安装时应注意调整好齿轮间隙。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，经调试我们发现一个比较简便的方法就是先把电机和编码器齿轮咬合紧，然后用一长条A4纸，从编码器和电机齿轮间滚过，这个咬合间隙基本恰到好处，调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会
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有碰撞类的杂音，动力传递十分流畅。最终编码器安装效果如图2.8所示。
图2.8 编码器安装效果
2.6前轮定位
为了使车模在行驶过程中，能够直线稳定，过弯轻便，转向后能自动回正以及减少轮胎和转向系零件的磨损等，系统需要对车轮的定位参数进行调整。其中主要包括有：主销后倾角，主销内倾角，前轮外倾角，前轮前束。这四个参数反映了前轮、主销和前轴三者之间在车架上的位置关系。由于竞赛专用的B车模设计的原因，B车模其实是不能调整前轮外倾角的。因而B车模的前轮定位只有主销后倾、主销内倾和前轮前束。现分述其作用如下：
2.6.1 主销后倾
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。如图2.9所示。它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的回正力矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动回正的能力就越强，但是过大的回正力矩会使车辆转向沉重。下面利用理论力学知识进行以下分析：
图2.9主销后倾角示例图
第二章智能车机械结构调整与优化
1）当转向轮不转向时，在直道上行驶时，阻力F的作用线与主销轴线在同一个平面，此时的阻力对主销轴的力矩为零，由动量矩守恒定理可知作用点A对轴的动量矩保持不变，即如果没有其他作用力，此时前轮不会绕主销定轴转动。
2）当转向轮转向时，阻力F的作用线与主销轴线不在同一个平面，由力学知识可知，阻力F对主销轴产生力矩，该力矩矢使前轮偏转的方向刚好与前轮的偏转方向相反，所以有利于前轮的回正，从而避免了前轮绕主销左右抖动，使小车在直道行驶稳定。
通常主销后倾角值设定在1°到3°。B 型模型车的主销后倾角无法通过直接调整前桥结构实现改变，采用在前桥处增加垫片，可以适当的增加主销内倾角，有利于保持直线行驶、转向后回正。
2.6.2 主销内倾
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，它的作用也是使前轮自动回正，如图2.10。角度越大前轮自动回正的作用就越强，但转向时也就越费力，轮胎磨损增大；反之角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
图2.10主销内倾角示意图
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。由于过大的内倾角也会增大转向阻力，增加轮胎磨损，所以在调整时可以近似调整为0°~3°左右，不宜太大。
2.6.3 前轮前束
前轮前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后
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束”或“负前束”。在模型车中，前束的调整总是依据主销内倾的调整。只有主销内倾确定后才能确定合适的前轮前束与之配合，前轮前束是通过调整伺服电机带动的左右横拉杆实现的。如图2.11所示。
图2.11 前轮前束示意图
在实际的调整过程中发现较小的前束，约束0~2mm可以减小转向阻力，使模型车转向更为轻便，不过实际效果不是十分明显。
对于B型车模来说，调节主销内倾和前轮前束的方法如图2.12所示
图2.12 主销内倾和前轮前束的调整方法
由于车模加工和制造精度的问题，在通用的规律中还存在着不少的偶然性，一切是实际调整的效果为准。
2.7差速器的调整
差速作用就是在电机向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。为了弥补这种用距离的差异，我们采用两轮不同的转速来实现，这就是差速的通俗解释。
希望车模在直道加减速的时候，后轮没有差速，而在过大弯道时有很大的差速。这样，即加速快又过弯灵活。但是，实际的差速机构不可能达到这效果，所以调节差速只
第二章智能车机械结构调整与优化
是平衡两项，在转弯较灵活地方情况下尽量不影响加速性能。
B型模型车采用双滚珠差速，首先将左后轮的防松螺母拧紧，通过调整后轴上的防松螺母压紧小差速盘；通过调整右后轮防松螺母的松紧，实现对大差速齿轮盘松紧的调节。调节后的效果应为：开动电机后，握住一侧轮，另一侧可正常转动；握住两侧轮，差速尺寸无法转动。
图2.13 后轮差速结构
2.8超声波的安装
在实现两车正常通信的条件下，我们选择前车尾部放置3个超声波负责发送，后车前端固定1个超声波负责接收，这种方式简洁稳定，而且最主要的优势是极大拓宽超声波检测的角度范围。为更方便地固定前车超声波，设计了超声波放置的支架，设计的支架模型和具体安装方式如图2.14、图2.15所示。
图2.14 超声波支架模型
图2.15 前、后车超声波安放效果图
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2.9其他优化调整
除了上述机械结构的调整，还研究整车的重心。重心的高低决定了车模的加减速性能、转向性能、行驶稳定性等，重心的调整，坚持将整车重心最大限度的降低，为此尽可能的降低底盘高度。另外影响重心分布的原因有舵机的安放方式，电路板、电池等的安放位置以及前瞻支架的重量，对电路板和电池的安装，选择尽可能的靠近底板。所以上述的各种调整，贯穿着以降低重心的原则。调整后的重心位置如图2.16。
图2.16 重心位置
第三章硬件系统设计及实现
3.1硬件设计方案
从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低模型车的重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。
3.2电路设计方案
两辆智能车的电路系统均由三部分组成：以MK60DN512VLQ10为核心的包括电源在内的主板，检测模块，电机驱动模块。考虑到MK60DN512VLQ10的最小系统板比较大，会占据较大的主板空间，在电池及其他结构调整时主板的空间有限，所以在设计主板时，直接将MCU 设计在主板上，同时为了整辆车子的重量分布和重心，我们将电机驱动电路单独打板，安装在车子最后方。驱动部分与主板的连接做了隔离，检测部分与主板的连接采用FPC 排线，简洁可靠。主板上集成了本系统的控制电路，它包括如下部件：MCU 系统、电源稳压电路、检测模块接口、陀螺仪模块接口、电机驱动模块接口、NRF24L01接口、舵机接口、编码器接口、拨码开关、按键、指示灯、显示屏等。检测模块采用仪表放大器，差分输入，CMRR 高，放大能力强，能有效抑制共模干扰。电机驱动模块采用MOS 管H 桥驱动电路，驱动能力相比BTS7960 有了大幅提升。
3.2.1 单片机最小系统板
MK60DN512VLQ10是K60系列MCU Kinetis系列微控制器是Cortex-M4系列的内核芯片。K60内存空间可扩展，从32KB闪存/8 KB RAM到1MB闪存/128KB RAM，可选的16KB 缓存用于优化总线带宽和闪存执行性能[1]。其原理图如下
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图3.1 单片机最小系统
最小系统使用K60144 PIN封装，为减少电路板空间，板上仅将本系统所用到的引脚引出，包括PWM接口，舵机接口，编码器接口，若干普通IO接口。其他部分还包括电源滤波电路、时钟电路、复位电路、串行通讯接口、J-Link接口、备用AD接口。
表3.1本系统所用到的引脚
用途使用引脚
电机PWM波输出PTD4，PTD5
舵机PWM波输出PTA8
编码器信号输入PTC5
前瞻电感检测AD 信号输入
PTB0，PTB1，PTB4，PTB5 PTB6，PTB7，PTB10，PTB11
陀螺仪检测AD信号输入PTE24
按键信号输入PTC14，PTC15，PTC16,PTC17
PTC18，PTC19
拨码开关信号输入PTD8，PTD9，PTD10，PTD11
NRF24L01接口PTD0，PTD1，PTD2，PTD3 PTE27，PTE28
串口收发接口PTA14，PTA15
OLED接口PTB20，PTB21，PTB22，PTB23 蜂鸣器接口PTA24
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
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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)
2016
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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，
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
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。
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
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。
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
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)
（论坛网友分享，在此分享给广大参加比赛的同学，预祝取得好成绩） 机械调整主销内倾3度主销后倾0到1度前轮外倾1度前轮前束6mm 3.1 前轮的调整 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，并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，叫做车轮定位，其主要定位参数包括：主销后倾、主销内倾、车轮外倾 和前束。对于模型车的前轮四项定位参数均可调。 1）如图3-1 所示，主销后倾角是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。它使车 辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢 复到原来的中间位置上。因此，主销后倾角越大，车速越高，
前轮稳定性也愈好。但是 过大的主销后倾角会使转向沉重，容易造成赛车转弯迟滞。我们希望赛车能够转向灵活， 故把主销后倾角设定为1~5°。 图3-1 主销后倾纠正车轮偏转原理图 2）主销内倾角是主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，它也有使车轮自 动回整的作用。主销内倾还会使主销轴线延长线与路面的交点到车轮中心平面的距离减 少，同时转向时路面作用在转向轮上的阻力矩也会减少，使得转向更轻便灵活。所以为 了使得赛车转向更加灵活，我们将主销内倾角控制在0 度左右。 方法（1）垫片（2）偏心凸轮（3）长孔（4）球头旋转（5）支柱旋转（7）楔形垫片（6）调整轴承座（8）偏心螺栓（7） 偏心衬套（10）偏置球头 3）如图3-2，前轮外倾角对赛车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转 向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载 就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将前轮外
飞思卡尔智能车比赛项目 参赛时间：2011.7.16 — 2011.7.20 赛前准备时间：2010.7 ---2011.7 飞思卡尔智能车比赛简介： 为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛是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。 该竞赛由竞赛秘书处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健康、普及、持续的方向发展。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。 全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。 全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。 飞思卡尔智能车比赛技术要求：
先静下心来看几篇技术报告，可以是几个人一起看，边看边讨论，大致了解智能车制作的过程及所要完成的任务。 看完报告之后，对智能车也有了大概的了解，其实总结起来，要完成的任务也很简单，即输入模块——控制——输出。 （1）输入模块：各种传感器（光电，电磁，摄像头），原理不同，但功能都一样，都是用来采集赛道的信息。这里面就包含各种传感器的原理，选用，传感器电路的连接，还有传感器的安装、传感器的抗干扰等等需要大家去解决的问题。 （2）控制模块：传感器得到了我们想要的信息，进行相应的AD转换后，就把它输入到单片机中，单片机负责对信息的处理，如除噪，筛选合适的点等等，然后对不同的赛道信息做出相应的控制，这也是智能车制作过程中最为艰难的过程，要想出一个可行而又高效的算法，确实不是一件容易的事。这里面就涉及到单片机的知识、C语言知识和一定的控制算法，有时为了更直观地动态控制，还得加入串口发送和接收程序等等。 （3）输出模块：好的算法，只有通过实验证明才能算是真正的好算法。经过分析控制，单片机做出了相应的判断，就得把控制信号输出给电机（控制速度）和舵机（控制方向），所以就得对电机和舵机模块进行学习和掌握，还有实现精确有效地控制，又得加入闭环控制，PID算法。 明确了任务后，也有了较为清晰的控制思路，接下来就着手弄懂每一个模块。虽然看似简单，但实现起来非常得不容易，这里面要求掌握电路的知识，基本的机械硬件结构知识和单片机、编程等计算机知识。最最困难的是，在做的过程中会遇到很多想得到以及想不到的事情发生，一定得细心地发现问题，并想办法解决这些问题。 兴趣是首要的，除此之外，一定要花充足的时间和精力在上面，毕竟，有付出就会有收获，最后要明确分工和规划好进度。
第十届全国大学生“飞思卡尔”杯华 北赛 智能汽车竞赛 技术报告 目录 目录 (11) 第一章方案设计 (11) 1.1系统总体方案的选定 (11) 1.2系统总体方案的设计 (11) 1.3 小结 (22) 第二章智能汽车机械结构调整与优化 (33) 2.1智能汽车车体机械建模 (33) 2.2 智能汽车传感器的安装 (44) 2.2.1速度传感器的安装 (44) 1 / 26
2.2.2 线形CCD的安装 (55) 2.2.3车模倾角传感器 (55) 2.3重心高度调整 (55) 2.3.1 电路板的安装 (66) 2.3.2 电池安放 (66) 2.4 其他机械结构的调整 (66) 2.5 小结 (66) 第三章智能汽车硬件电路设计 (77) 3.1主控板设计 (77) 3.1.1电源管理模块 (77) 3.1.2 电机驱动模块 (88) 3.1.3 接口模块 (99) 3.2智能汽车传感器 (1010) 3.2.1 线性CCD传感器 (1010) 3.2.2 陀螺仪 (1010) 3.2.3 加速度传感器 ............................ 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.2.3 编码器 (1111) 3.3 键盘，数码管....................................... 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.4液晶屏 (1212) 3.5 小结 (1212) 第四章智能汽车控制软件设计 (1313) 4.1线性CCD传感器路径精确识别技术 (1313) 4.1.1新型传感器路径识别状态分析 (1414)
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。
Freescale Kinetis KL25系列社区资料大全及实例汇总 介绍： Freescale 公司Kinetis KL25 MCU向L系列内增加了带集成低压稳压器的全速USB 2.0 OTG控制器，采用32位ARM Cortex-M0内核，拥有48MHz内核频率，工作电压为1.71V~3.6V,。KL25系列作为低功耗、低价格、高性能的微控制器，给工程师们提供了一个合适的入门级32位方案。 本文精选了Kinetis K25教程、例程、设计案例，以及基于Kinetis KL25的流行开发板，集结了国内外官方资料和资深工程师的经验，是学习Kinetis KL25 MCU的必备宝典。 Kinetis KL25 MCU 的功能框图 Kinetis KL25 MCU 教程篇
Kinetis KL25 MCU官方参考手册 Kinetis KL25 MCU 官方数据手册 飞思卡尔Kinetis系列产品开发资源链接总汇 包含Kinetis系列产品的参考手册、数据手册、编译环境、调试工具的相关资源链接。 KL25中文用户手册 官方Kinetis L系列三大特性演示视频（附中文说明文档） 你在设计中往往会忽略掉Kinetis L系列的重要的特性。如果你只是简单的把Kinetis L系列当做一般的Cortex-M0的单片机来使用的话，我们的设计人员估计要郁闷了。闲话少说，赶紧来看看你可能忽略的特性吧 Cortex-M0+, 到底“+”了什么（有视频，有中文文档） 飞思卡尔Kinetis L系列采用的内核是Cortex-M0+,而不是Cortex-M0。这个小小的加号到底增加了什么呢？小小视频讲的一清二楚。 根据KL系列芯片上的缩略标志识别具体型号 大家在使用kinetis芯片的时候，可能会发现一些比较小的芯片上并没有刻出芯片的具体型号，而是刻了一个缩略型号名称，那么如何根据这个缩略名称来识别具体的型号呢？ 文中罗列了Kinetis L系列所有的缩略型号对应的芯片具体型号名称，方便大家识别。 KL25 TSI基本原理介绍 TSI（Touch Sensing Interface）模块是飞思卡尔为简化硬件设计人员开发而嵌入到Kinetis架构的电容触摸感应模块，本篇主要介绍TSI模块的基本原理。 KL25 ADC模块详细介绍 文中包含了ADC的模块框图以及对每个模块的详细介绍。 开发篇 FRDM-KL25 cdc win 7 DRIVER 下载 超核KL25固件库BetaV0.5 版 更新的主要内容： - 完善了几乎所有模块的注释，大家使用起来更方便
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
飞思卡尔智能车竞赛策略和比赛方案综述 一、竞赛简介 起源： “飞思卡尔杯”智能车大赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。 该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，自2006年首届举办以来，成功举办了五届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区200余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年第三届被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中9个科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文，附件2），2009年第四届被邀申请列入国家教学质量与教学改革工程资助项目。 分赛区、决赛区比赛规则 在分赛区、决赛区进行现场比赛规则相同，都分为初赛与决赛两个阶段。在计算比赛成绩时，分赛区只是通过比赛单圈最短时间进行评比。决赛区比赛时，还需结合技术报告分数综合评定。 1．初赛与决赛规则 1）初赛规则 比赛场中有两个相同的赛道。 参赛队通过抽签平均分为两组，并以抽签形式决定组内比赛次序。比赛分为两轮，两组同时在两个赛道上进行比赛，一轮比赛完毕后，两组交换场地，再进行第二轮比赛。在每轮比赛中，每辆赛车在赛道上连续跑两圈，以计时起始线为计时点，以用时短的一圈计单轮成绩；每辆赛车以在两个单轮成绩中的较好成绩为赛车成绩；计时由电子计时器完成并实时在屏幕显示。 从两组比赛队中，选取成绩最好的25支队晋级决赛。技术评判组将对全部晋级的赛车进行现场技术检查，如有违反器材限制规定的（指本规则之第一条）当时取消决赛资格，由后备首名晋级代替；由裁判组申报组委会执委会批准公布决赛名单。 初赛结束后，车模放置在规定区域，由组委会暂时保管。
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