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

**：**

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 系统结构 (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)

III

5.1 阈值计算 (27)

5.2 赛道判别 (28)

5.3 舵机控制 (28)

5.4 电机控制 (29)

5.5 PID 介绍 (30)

第六章相关工具介绍 (32)

6.1 软件开发平台 (32)

6.2 蓝牙模块及超级示波器 (35)

第七章车模主要技术参数说明 (37)

第八章总结 (38)

IV

第一章引言

1.1 概述

全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛，以“立足培养、重在参与、鼓励探索，追求卓越”为宗旨，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。该项竞赛以智能自循迹小车作为载体，以小车的速度、智能启停能力和自主寻路及处理能力作为考核标准，其中由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，并规定使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位或32位微控制器作为核心控制模块，再加上限定范围的传感器，由各队队员自主完成硬件电路设计、系统软件设计和机械结构改装，经调试后到规定地点进行比赛。整个系统涵盖了机械、电子、电气、传感、计算机、自动化控制等多方面知识，具有很强的实际考核意义。

这届光电组使用B型车模，但与以往不同的是，改掉了以往摩擦力大的轮胎，禁止使用轮胎橡胶套，而摩擦力又是保证车速的重要因素。在这份报告中，我们将从总体方案、机械、硬件、算法等方面详细介绍我们的智能车系统。

1.2 内容分布

本技术报告采用先总后分的结构，先对系统总体设计进行介绍，然后依次详述车体机械结构、硬件电路和控制算法（软件）三部分。本报告的具体组织方式如下。

第一章引言，概述飞思卡尔竞赛背景及技术报告内容；

第二章系统总体设计，主要介绍了智能车的总体设计思路及相关原理；

第三章车体机械结构设计，主要包括底盘加固、轮胎处理、四轮定位、差速器的调整、舵机的安装等

第四章硬件系统设计，主要包括单片机模块、电源模块、CCD模块、电机驱动模块、车身姿态检测模块测速模块、辅助调试模块等。

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第五章程序设计，包括阈值计算、赛道判别、舵机和电机的控制；第六章系统开发工具介绍，介绍了DXP，IAR workbench等。

第七章车模主要技术参数。

第八章总结本设计的主要特点以及在设计过程中遇到的问题和解决办法。

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第二章系统总体设计

2.1设计概述

CCD 采集赛道信息后传送给 MK60FX512 控制器处理后，控制器根据赛道信息控制舵机打角及电机转速，让智能汽车能准确的在赛道上前进。车上装载了OLED屏及蜂鸣器，方便观察参数的设定，及特殊赛道元素是否判断准确，极大的方便调试。另外主板上留有蓝牙接口，以便观察小车在行驶过程中的一些变量，例如电池电压，行驶速度，车身角度等数据。

2.2控制芯片的选择

根据赛事组委会的统一要求，参赛队伍可以选用的微控制器芯片包括飞思卡尔公司提供的32位Kinetics等系列以及16位微控制器和8位微控制器系列。作为智能车控制的核心，无疑，MCU的选择是至关重要的，将直接影响到硬件电路的搭建以及程序的整体架构。我们是光电组，需要处理的内容包括陀螺仪、加速度计和3个线性CCD，数据采集频率较高，于是我们选择了MK60FX512。

2.3线性CCD的基本检测原理

本次大赛，根据竞赛秘书处的指定要求，光电平衡组采用的是Texas公

司生产的Tsl1401系列的线性CCD。如下图：

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图2.1 Tsl1401内部结构图

这种线性CCD包括一个1×128阵列的光电二极管，相关的电荷放大器电路和一个具有能够同时对128个像素点开始曝光、停止曝光的内部像素数据保持功能的电路，该传感器的内部控制逻辑要求只有一个串行输入（SI）和一个时钟信号输入端（CLK），一个AO口依次输出各像素点的模拟量的电压值信号。

当曝光时间过短时，采的像素点电压值会整体很低，不足以提取出真实的赛道信息，然而当曝光时间过长时，采的像素点电压值又会过高，达到输出的饱和状态，可以看到，曝光时间的确定对提取稳定、真实的赛道信息是一个很关键的因素。参考往届技术报告，结合考虑程序处理时间，我们决定将曝光时间定为8ms，采集的数据稳定，不会出现明显的波动，能够抵抗环境的干扰。