智能车竞赛专题培训92页PPT

5)伺服电机数量不超过 3个。除了原车模配置的转 向舵机之外，新增加的舵机的型号必须是由广 东博思公司提供的舵机FUTABA3010或者由北京 科宇通博科技有限公司提供的S-D5舵机。 6)传感器数量不超过16个：光电传感器接受单元计 为1个传感器，发射单元不计算；CCD传感器计 为1个传感器；磁场传感器在同一位置可以有不 同方向传感器，计为一个传感器。对于车模的 车速和姿态进行检测的传感器也计算在内。 7)在平衡组中，如果选用加速度器，则必须选择飞 思卡尔公司的MMA7260，MMA7660，MMA7360， MMA8450，MMA8451等系列的加速度器。如果选 用陀螺仪，则必须选择村田公司的ENC-03系列 的陀螺仪。 注：加速度传感器和陀螺仪选型的规定有可能会由 于市场货源问题放宽,请关注竞赛网站信息。
2013年
智能汽车制作和比赛 科技讲座
2012.11
1.
加强创新能力培养，为创新 能力培养提供平台，载体。 2. 提高实际动手能力，独立工 作能力、自学能力、应用知识 能力 …… 3. 培养团队合作精神 4. 卓越工程师培养计划
目前学生学习存在的问题
被动学习，为考试取得学分学习。 学了知识不会用，学过就忘就丢。 机械学习，被动学习，不会主动学习， 自学能力差。 动手能力差，工科学生的重要标志是动 手能力，将理论转化、创造出新产品。 强调客观、外部条件多，发挥主动性， 开发自我潜力少， 对自己能力没有信心，不知道能干什么
电路器件及电路制作限制


飞思卡尔不同系列的微控制器包括，32位 Kinetis系列；32位ColdFire系列；32位 MPC56xx系列；8位微控制器系列（可使用 2片）；16位DSC系列；16位微控制器 9S12XS系列；16位微控制器9S12G系列。 核心控制模块可以采用组委会推荐的K10、 9S12XS128、MPC5604B，。 每台模型车的电路板中只允许使用一种型 号微控制器。8位微控制器最多可以使用2 片，不得同时使用8位、16位和32位微控 制器。

直流电动机的工作原理
N
N
S
S
直流电动机的工作原理
电刷 ＋ U －
N ＋ U －
N
S 换向片
S
工作原理
电枢绕组加 直流电压
电枢绕组中 产生 电流
电流与磁场相互 作用产生力
电磁转矩
两层意思： 1、产生电枢电流 2、产生电磁转矩
电枢 旋转
直流电机的基本结构
1. 主要部件
(1) 定子
①主磁极
②换向磁极 ③机座 ④电刷装臵和端 盖等
(4) 额定转速 nN (5) 额定励磁电压 UfN (6) 额定励磁电流 IfN
二、他励（并励）直流电动机的工作特性
供给励磁绕组电流的方式称为励
磁方式，分为他励和自励两大类。
（1） 直流电机的励磁方式
直流电动机按励磁方式分类
+
他 励
Ia
M
If + Uf
+
I
Ia
M
If
并 励
Ua
U
－
+
－
I
Ia
M
－
稳定运行状态的过渡过程。电动机在起动瞬间(n=0)的电磁转矩 称为起动转矩，起动瞬间的电枢电流称为起动电流，分别用Tst 和Ist表示。起动转矩为
Tst CTΦI st
如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬
间转速n=0，电枢电动势Ea=0，故起动电流为
UN I st Ra
(2.3.2)
他励直流电动机的制动
根据电磁转矩Tem和转速n方向之间的关系，可以把电机分 为两种运行状态。当Tem与n同方向时，称为电动运行状态，简 称电动状态；当Tem与n反方向时，称为制动运行状态，简称制 动状态。电动状态时，电磁转矩为驱动转矩；制动状态时，电

智能汽车应包含以下结构：
◦ 智能汽车的信息采集、处理及传输 ◦ 智能汽车的自动控制系统 ◦ 智能汽车的通信系统 ◦ 智能汽车的导驶定位技术 ◦ 智能汽车的电源系统
第2章 智能汽车设计基础——硬件
第2章 智能汽车设计基础—硬件
从外观上看，智能车系统主要表现为由一 系列的硬件组成，包括组成车体的底盘、轮胎、 舵机装置、马达装置、道路检测装置、测速装 置和控制电路板等。
光电式传感器的核心（敏感元件）是光电器件， 光电器件的基础是光电效应。
2.1.1 光电式传感器
光电式传感器的结构简单，响应速度快，可靠 性较高，能实现参数的非接触测量。
光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光 路部分实现被测量信号对光量的控制和调制，电路 部分完成从光信号到电信号的转换。
2.1.1 光电式传感器
2.2.1 电源系统
在智能车设计中，电源关系到整个电路设计的稳定性 和可靠性，是电路设计中非常关键的一个环节。 1．直流稳压电源的基本原理
图2.9 直流稳压电源电路
2.2.1 电源系统
电源变压器——将220 V的交流电压变成低压的交流电压。
整流电路——将交流电压变换成脉动的直流电压，通常由 整流二极管构成的整流桥堆来执行。常见的整流二极管 有1N4007和1N5148等，桥堆有RS210等。
2.1.3 测速传感器
图2.7 三种不同结构的霍尔式转速传感器
图2.7 三种不同结构的霍尔式转速传感器
2.1.3 测速传感器
2．光电式脉冲编码器 光电式脉冲编码器可将机械位移、转角或速度变化转换成电脉冲输
出，是精密数控采用的检测传感器。光电编码器的最大特点是非接触式， 此外还具有精度高、响应快、可靠性高等特点。

方案设计
传感器设计方案： 安装摄像头时，要考虑的因素很多，主要有以下几 点： 1. 确保摄像头位置的居中，因为当摄像头不居中时， 其采集进来的图像也不是居中的，而处理程序对舵机 输出量是居中的，这样就会导致模型车在直道上也会 存在左右摆动的问题。 2. 摄像头的高度要足够高，这样可以使得模型车在摄 像头的角度不是很高的情况下就能够前瞻到前方足够 远处的路况信息，因为当摄像头的角度过大时候，
名 次
1 2 3
学校名称
湖南大学
比赛成 绩
30.299
北京科技大 30.311 学 山东大学 30.405
摄像头组决赛成绩
名次 1 2 3 4 5 6 7 8 学校名称 湖南大学 北京科技大学 山东大学 杭州电子科技大 学信息工程学院 西北工业大学 队伍名称 睿思队 北京科技大学摄 像头一队 白杨队 杭电信工5队 翱翔队 钱江5号 Drift 雏鹰队 比赛成绩 30.299 30.311 30.405 30.818 30.894 31.692 31.694 31.99
杭州电子科技大 学 华东理工大学
河海大学常州校 区
摄像头



在调查资料后，发现摄像头组的智能车在处理采集的 信号后再转换为单片机所需的信号所用的时间需要 20ms，而电磁和光电组的处理信号在10~20us之间， 我们组觉得这个可以是个突破点。 由于制作摄像头组的智能车需要有关于图像处理方面 的知识，而我们组的组员都是通信工程专业的学生， 今后发展可能会和图像处理，视频方面是工作挂钩。 去年我们学校代表队在摄像头组方面取的成绩相比于 其他组较好，所以我们能利用到更好的前辈资源。 我们发现摄像头组在采集信号，处理信号比其他组的 较为麻烦，所以觉得这是突破点。

S12 PWM控制舵机
规则限制：
伺服电机个数不超过3个； 不可以通过提高工作电压提升舵机的性能； 不可以更换舵机；
S12 PWM控制舵机
控制说明
脉宽范围： 对应舵机旋转角度，一方面舵机的极限位置； 另一方面考虑到车模转向的极限。可以通过测 试得到大约40 度左右；
PWM周期： 可选择 50 – 200Hz
作 者：卓晴 等编 I S B N ：781124022X 出版社：北京航空航天大学出版社 定 价：36.50元
•汽车动态分析 •车速控制系统 •方向控制系统 •赛道检测系统 •电子控制系统 •策略规划系统 •行为决策系统 •路况记忆系统 •数据传输系统
研究项目介绍
模型车电机特性
电机特性和MC33886芯片
该竞赛与教育部已举办的数学建模、电子设计、机械设 计、结构设计4大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为 背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算 机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。
引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成 果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力 的优秀人才。
舵机的控制方法
式； 定时器中断方式； PWM硬件产生方式； 等；
S12 PWM控制舵机
S12 PWM控制器；
具有8路PWM输出端口； 具有独立的8路8bitPWM输出，或者4路
16bitPWM输出； 具有A,B,SA,SB时钟源；
关于舵机驱动
舵机控制方法
三线连接方式 •红线：电源线+6V •蓝线：地线 •黑线：PWM控制信号
关于舵机驱动
使用S12 PWM输出控制舵机
舵机简介 S12 PWM控制舵机

光注入光敏区产生信号电荷的过程可以看成是独立、均匀连续发生的随机过 程。单位时间内光产生的信号电荷数并非绝对不变，而是在一个平均值上作 微小波动，这一微小波动的起伏便形成散粒噪声，又称为白噪声。
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2.1.2 图像传感器
② 暗电流噪声 暗电流噪声可以分为两部分：其一是耗尽层热激发产生的， 可用泊松分布描述；其二是复合产生中心非均匀分布，特 别是在某些单元位置上形成暗电流尖峰。由于器件工作时 各个信号电荷包的积分地点不同，读出路径也不同，这些 尖峰对各个电荷包贡献的电荷量不等，于是形成很大的背 景起伏，这就是常称的固定图像噪声的起因。
于幅半度导出体现材不料均不匀均现匀象和。工艺条S件因QS素AT影/ 响Es，在均匀光照下，CCD器件的输出
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2.1.2 图像传感器
（3）分辨率
分辨率是用来表示分辨图像中明细细节的能力的。它通常有两种不同的表示 方式：
① 极限分辨率。一黑一白两个线条称为一个“线对”，透过对应光的亮度为一 明一暗。而极限分辨率是指人眼能够分辨的最细线条数，通常用每毫米线对 数（1 P/mm）来表示。
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2.1.1 光电式传感器
2．主要性能 光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探 测率和温度特性来描述。其中，伏安特性、光照特性和光谱特性是选择光电 器件的主要指标。
（1）光电管的伏安特性 在一定的光照射下，对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生电流之间的关 系称为光电管的伏安特性。它是应用光电式传感器参数的主要依据。
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2.1.1 光电式传感器
（2）光电管的光照特性 当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为 光电管的光照特性。光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之比）称 为光电管的灵敏度。

2.1.3 测速传感器
图2.7 三种不同结构的霍尔式转速传感器
图2.7 三种不同结构的霍尔式转速传感器
2.1.3 测速传感器
2．光电式脉冲编码器 光电式脉冲编码器可将机械位移、转角或速度变化转换成电脉冲输
出，是精密数控采用的检测传感器。光电编码器的最大特点是非接触式， 此外还具有精度高、响应快、可靠性高等特点。
用于获取线图像的，称为线阵CCD；另一类是用于 获取面图像的，称为面阵CCD。
2.1.2 图像传感器
（1）线阵CCD图像传感器
对于线阵CCD，它可以 直接接收一维光信息，而 不能直接将二维图像转换 为一维的电信号输出，为 了得到整个二维图像的输 出，就必须用行扫描的方 法来实现。
2.1.2 图像传感器
第2章 智能汽车设计基础—硬件
1 2.1 传感器系统
2 2.2 电路设计
2.1 传感器系统
在工程上，系统中各种物理量都必须转换成一定 规格的信号（电信号或气压信号）才能被检测、采集 和显示。
所谓传感器，即是将被测量按照一定的物理或化学原 理转换成某种规定的输出信号的装置或器件。
2.1 传感器系统
7960，内部为半桥，电路简单方便，缺点：价格略高
2.2.3 传感器接口电路
所谓接口电路，就是要把传感器与后续的有关电路联 系起来的电路。一般传感器的输出信号有三种形式：数字 开关量、数字脉冲和模拟信号。
（1）数字开关量信号与计算机连接时要采用消除抖 动电路。
（2）数字脉冲电路用计数器计数，计算机要对计数 器拥有清零的功能，以便计数器重新计数。
e(t) r(t) (3y.1(t))
其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合， 也即PID控制律：