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智能汽车模型设计与制作吴振宇“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛简介•以自动导航技术、汽车电子技术为背景•涉及机械、电子、自动控制、计算机、模式识别等多个学科•以飞思卡尔公司16位单片机S12为核心控制器•根据原理不同分为光电组和摄像头组进行比赛使用摄像头的智能车（视频）使用光电管的智能车（视频）“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则•赛道规格：赛道路面用专用白色基板制作，宽度不小于600mm，跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm。赛道由弯道和直道组成，弯道曲率半径不小于500mm，形状可能由任意弧组合而成。“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则•赛车运行规则：赛车可在600mm宽的赛道内任意行驶，可自行优化行驶轨迹，达到最优路径。但赛车有两个轮胎同时离开跑到则认为违例，按冲出赛道处理“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则•附加要求：赛道直线部分可以有坡度在15°之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路。赛道中有交角为90°的交叉线。另有形状类似的起始线。赛车必须能准确识别起始线并在完整跑完1或2圈后自动停下，否则将受到一定罚分。关于S12系列单片机（MC9S12DG128为例）•飞思卡尔公司推出的面向汽车电子应用的16位单片机•内置16通道10位高速AD转换器•强大的ECT增强型定时器模块，提供输入捕捉、输出比较、脉冲计数、减计数器等丰富的时钟/计数功能关于S12系列单片机（MC9S12DG128为例）•内置多个SCI、SPI串行通信收发器•内置8路8位或4路16位PWM产生电路•高达89个可用IO•内置锁相环，可工作于高达64MHz的内部总线频率整体系统框图S12系列单片机最小系统硬件的设计S12系列单片机时钟部分设计S12系列单片机复位电路S12系列单片机BDM接口S12系列单片机SCI-RS232电平转换电路S12系列单片机的开发环境CodeworriorS12系列单片机的调试环境Hiwave源代码窗口变量监视窗口1汇编代码窗口寄存器监视窗口内存监视窗口调试命令窗口变量监视窗口2使用摄像头的智能车技术简介•摄像头的选型–模拟类摄像头：输出全电视信号，使用LM1881分离出行同步、场同步信号，使用片内或外置AD或比较器进行图像采集，由单片机进行后期处理，从图像中分离出赛道信息，决策出车模的速度和转角。优点：工作稳定、分辨率高、价格低廉缺点：外围电路复杂，采集方法复杂LM1881行场同步分离电路使用摄像头的智能车技术简介•摄像头的选型–数字类摄像头（以OV6620为例）：内置高速AD转换器，按设定格式输出数字图像。使用简单，无需多余的外围电路，单片机可以直接接收到图像信息进行处理优点：使用简单，速度快缺点：价格昂贵，容易损坏，工作不稳定OV6620数字摄像模块（c3088）简介使用光电管的智能车技术简介•使用光电管预测赛道信息的基本原理：–黑色和白色对光线的反射能力不同•具体实现方法：–使用反射式发射接收对管，由发射管发射光波，判断接收管接受到光的强度•需注意的问题：发射的光波最好避开可见光频段，如红外光等，可避免环境光的干扰。如使用可见光，应使发射强度明显高于环境光强，如使用激光，以区别环境光线。也可使用调制发射的方法来克服环境干扰使用光电管的智能车技术简介•光电管接收方式的分类：–模拟式：直接采集接受管的电压，根据电压值判断黑白线。此方法准确度较低，操作困难，但可以大大提高反射式接收管的预测距离–数字式：使用比较器根据事先设定的阈值用硬件判断黑白线，单片机直接得到数字信号，且准确度较高，不易出错。缺点是数字式预测距离有限，距离大时将严重影响其精度。•可以结合以上两种方式判断赛道信息采集接收管模拟电压的电路迟滞比较器应用电路电机控制方法简介•本车模使用组委会规定的微型直流电机，它是牵引车模运动的唯一动力源。•通常使用H桥作为电机驱动电路，可实现正转、反转与调速功能。•需使用PWM信号控制H桥给电机调速。H桥驱动电机原理H桥驱动电机原理-正反转TD340+MOSFET构成的H桥专用H桥MC33886PWM技术原理简介通过改变H桥某一路的导通时间来改变加载在电机两侧的平均电压，从而即可达到调节电机出力的目的Vd=10%VsVd=50%VsVd=90%Vs舵机控制方法简介•本车模使用组委会规定的舵机S3010作为车模的转向装置。额定工作电压为4~6V。工作电流约100mA，堵转电流很大，可能损坏舵机。•S3010采用周期为20ms左右的pwm信号控制其转角。•舵机转角和pwm占空比近似呈线性关系，可通过试验测定比例系数速度检测部分硬件