飞思卡尔智能车竞赛培训教程讲解共92页
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《智能车制作 “飞思卡尔杯”从入门到精通》教材部分章节节选
图 3-7 前置 置卧式
16 6
图 3-8 后置卧式
优点：安 安装原车模 模舵机布置方 方式、改动 动量小，重心 心低； 缺点：响 响应速度慢 慢、两边拉杆 杆长度不一 一样、转向不 不对称。 2）.扣式
图 3-9 扣式 扣
优点：重 重心低、响 响应速度快、 、转向平顺 顺对称； 缺点：安 安装过程复 复杂、不利于 于后续维护 护调整。 3）.卧式
图 3-14匀速圆 圆周运动
转向舵机因 因型号固定 定在供电电 压确定时其 其输出力矩 矩是固定的， ，我们知道 道力矩等于 于 力与 与力臂的乘积 积，即 M=F F*L。舵机 的输出力矩 矩与摆臂长度关系如下 下： 舵机转矩 矩=舵机摆臂 臂作用力*摆臂长度 摆 18 8
假设舵机 机输出力矩 矩是恒定的 ，其输出轴 轴的旋转角 角速度也是恒 恒定的，舵 舵机摆臂端 端 部的 的瞬时线速度 度随舵机摆 摆臂长度增 加而增大。摆臂的瞬 瞬时线速度大 大会导致转 转向系统灵 灵 敏度 度提高，这是 是我们最希 希望得到的。 。 同时，我 我们知道在 在转向时舵机 机摆臂的力 力传递搭到 到横拉杆，横 横拉杆的作 作用力大于 于 轮胎 胎阻力时才开 开始转向，小于或者 等于轮胎阻 阻力时不转 转向。开始转 转向后，横 横拉杆作用 力越 越大轮胎转的 的越快，也 也就是说转向 向响应速度 度越快。 而舵机力 力矩是恒定 定的，舵机摆 摆臂作用力 力与摆臂长 长度是成反比 比的，此长 长彼消。舵 舵 机摆 摆杆不能太长 长也不能太 太短，太短， 响应慢，太长，拉不 不动，响应 应也慢。 最合适的 的舵机摆臂 臂长度值， 可以通过转 转向系统四 四杆机构仿真 真结合实际 际测试来获 获 取。实际测试可 可以选用不 不同长度的舵 舵机摆臂装 装车后测试转 转向灵敏度 度。 获取最佳舵 舵机摆臂长 长度后，可 以对摆臂的 的外形做优 优化以达到减 减重、美观 观的效果。 图 3 3-15 为优化 化后的舵机摆 摆臂，选用 用 1mm 不锈钢板线切 切割成型。 不锈钢板有 有良好的刚 刚 度、韧性，为了 了减重将摆 摆臂中部切除 除一块。
飞思卡尔智能车教程-
下面通过例题讨论正弦稳态电路的各种分析方法。
一、求解一端口的阻抗或导纳 解
§9-3 正弦稳态电路的分析
习题9－1 试求图示各电路的输入阻抗Z和导纳Y。 (c)该一端口内不含受控源，可以利用阻抗的串并联 等效变换求得其输入阻抗或输入导纳。 串联等效阻抗为
Z 40 j 40 ( ) 1
Z 40 j 40 ( ) 2
一端口的输入阻抗为
Z Z ( 40 j 40 )( 40 j 40 ) Z 12 40 Z Z 40 j 40 40 j 40 1 2
一端口的输入导纳为
1 1 Y 0 .025 S Z 40
虽然电路中含有电感和电容元件，因为阻抗的电抗分量为 零或导纳的电纳分量为零，故该一端口是阻性阻抗，即对外 呈现电阻性。
5μF
UL Us
U V R 60
UC Us
-
U
U R I 60 53 . 13 V R
U j L I 240 36 . 87 V L
1 U j I 160 ( 143 . 13 ) V C C
这种现象在实际电路中要引起注意。这种现象发生的条 件一般是电路中既有L元件，又有C元件。
+ U
+
- + U L UR
5μF
+
-
s
U
.
C
-
1 B 0 .032 S L L eq
1 1 L 6 . 25 mH eq 0 . 032 0 . 032 5000
G
Leg
并联等效电路是一个电导元件和一个电感元件 的并联组合。
Z eqZ R Z L Z C 15 j20 25 53 .13 感性阻抗
[电子教案(PPT版本)]“飞思卡尔”杯智能汽车设计与实例教程 (3)[72页]
![[电子教案(PPT版本)]“飞思卡尔”杯智能汽车设计与实例教程 (3)[72页]](https://img.taocdn.com/s3/m/efb98131a5e9856a56126098.png)
低频段 基本相同
用PWM波代替正弦半波
用一等幅不等宽的脉冲来代替 一个正弦半波
把正弦半波N等分，看成N个相
连的脉冲序列，宽度相等，但 幅值不等；
用矩形脉冲代替，等幅，不等 宽，中点重合，面积（冲量） 相等，宽度按正弦规律变化
相关概念
占空比：高电平保持的时间与该PWM 时钟周期的时间之比
分辨率：指占空比最小值 频率 双斜率/单斜率
单片机需要一个稳定的电压保持平稳工作，所以供电 最好设计为独立供电，避免与其他负载并联导致负载变化时 影响单片机供电引起问题。 推荐使用“三端固定式集成稳压器”来为单片机提供降压稳
压供电。
正 输 入 电 压
C1、C3 滤波电容
C2、C4 抑制芯片 自激振荡
常用的稳压芯片有78系列、LM2940、AMS1117 等系列。由于78系列的稳压芯片发热量较大，不作推 荐。在5V稳压方案中使用LM2940进行讲解，在3.3V 稳压方案中则使用AMS1117-3.3。
5V传感器获取的信号要经过缓冲芯片变换为 3.3V的信号输入到单片机中
2.2 电动机驱动电路设计
电动机的速度是根据传感器的反馈 随时调整的
脉宽调制（PWM） 需要驱动模块来放大单片机输出的
信号 PWM信号的占空比决定电动机的转速
，故电动机的调速可通过改变PWM信 号的占空比来实现 欲实现双向控制，就要使用H桥。H 桥可以实现电动机的双向调速
LM2940S(TO-263-3)
AMS1117-3.3(SOT-223)
思考题：总结常用的稳压芯片，列出他们的异同点
滤
波
检测稳
电
压IC是
容
否有正
LM2940S 5V稳压电路示例
飞思卡尔智能车竞赛培训教程
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
zifeng教你学做智能车挑战飞思卡尔之4计算机辅助设
❖ （8）在设计复杂图形时，AutoCAD提供Web共享设计 信息、创建帮助，可方便地创建单个图形并管理整个图形 集。同时AutoCAD可利用CAD生产中的新标准能帮助用
户获得更大的成功。
4.1.2 AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队 在设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企 业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功能 有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D 设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改变得 困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点，从而 使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
❖ （5）库（Library）
❖ 库是支持EDA工具完成各种自动设计过程的关键。EDA设 计公司与半导体生产厂商紧密合作，共同开发了各种库， 如逻辑模拟时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合 时的版图库、测试综合时的测试库等。在这些库的支持下， EDA工具能够完成各种自动设计。
4.2.2 Protel
4.2.1 EDA技术
❖ （3）逻辑综合与优化
❖ 逻辑综合功能将高层次的系统行为设计自动翻译为门级逻辑 的电路描述，做到了设计与工艺的独立。优化则是对于上述综 合生成的电路网表，根据布尔方程功能等效的原则，用更小、 更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元，根据指定的目 标库映射成新的网表。
❖ （4）开放性和标准化
4.1.1 机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观造 型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循国家 及相关部门环境保护等有关法规。
（5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特有 的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞机有 质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。
户获得更大的成功。
4.1.2 AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队 在设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企 业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功能 有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D 设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改变得 困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点，从而 使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
❖ （5）库（Library）
❖ 库是支持EDA工具完成各种自动设计过程的关键。EDA设 计公司与半导体生产厂商紧密合作，共同开发了各种库， 如逻辑模拟时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合 时的版图库、测试综合时的测试库等。在这些库的支持下， EDA工具能够完成各种自动设计。
4.2.2 Protel
4.2.1 EDA技术
❖ （3）逻辑综合与优化
❖ 逻辑综合功能将高层次的系统行为设计自动翻译为门级逻辑 的电路描述，做到了设计与工艺的独立。优化则是对于上述综 合生成的电路网表，根据布尔方程功能等效的原则，用更小、 更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元，根据指定的目 标库映射成新的网表。
❖ （4）开放性和标准化
4.1.1 机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观造 型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循国家 及相关部门环境保护等有关法规。
（5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特有 的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞机有 质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。
飞思卡尔智能车硬件培训
电 池 的 使 用
• 正确放电：
•由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将 会人为的降低电池的电容量； •从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压 也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电， 电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下 限电压。厂家给出了放电下限电压为6V。因此，在使 用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路， 当电池电压低于6V时切断电路，用来保护电池。如果 没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因 为当电池电压降到接近6V时，电池已经给不出多少电 流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开 电路，到了给电池充电的时候了。
辅助支架等。
车 模 调 整 参 数
前轮调整
后轮调整
减震弹簧 其他调整
前
轮
调
整
前轮是转向轮，前轮调整包括以下几个方面： 主销内倾 ；主销后倾；前轮外倾；前轮前束
前 主销内倾
轮
调
整
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使
前轮自动回正，增大摩擦力，避免甩尾。角度越大，前轮自动回正 的作用越剧烈，但是转向时也越费力，轮胎磨损也增大。主销内倾
车 模 运 行 方 向
光电组：四轮车模双向运行。
车模使用 B 型车模,车模运行可以在比赛过程中，
根据赛道要求随时调整运行方向。
车 模 运 行 方 向
光电组：车模直立行走。
使用 D、E 型车模。车模
运行时只允许动力轮着地，
车模直立行走。车模运行
方向应按照图3 所示：
车
模
改
装
规
则
禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；如有必 要可以对于车模中的零部件进行适当删减。 禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机
第六届飞思卡尔智能车东北赛区经验交流ppt课件
1
b1 c
1 a h2
h2
h2 x2
100 100
k
x2 x2
d k k
d d
C XA
B E
x 50ac ab
2bc ac ab
从而准确知道了信号线的实际位置了。
PID算法+模糊算法
• 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控 制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。 PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的 一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、 PD、…）。
• 如果这时差速过紧，造成两个轮子互相角力以使自己得 到适当的转速，从而使总体抓地力下降。
• 另一方面，如果差速比较松，当一个轮子失去抓地力的 时候(比如通过一个起伏)，会造成过度的空转，使另外 一个轮子失去动力。这样会减少加速的反应。
底盘调整
• 前轮主销后倾角的作用是在车轮 偏转后形成一回正力矩，会阻碍 车轮偏转。
r2
→ dB
0 4
Idl sin r2
元磁场积分：B
A2 dB 0 I
A1
4
A2 dl sin
A1
r2
通过空心螺绕环可以容易导出含磁芯的线圈的自感能为：
Wm
1 2
LI 2
1 2
0n2I 2V
1 2
B HV
V就是它的体积，所以磁能密度为：
m
Wm V
竞赛经验介绍
我们经历过
首届大连理 工大学智能 车竞赛
我们经历过
飞思卡尔智能车培训
XS128单片机（80脚）最小系统原理图
最小系统各部分介绍
1、时钟电路 时钟电路对单片机的运行至关重要， 时钟电路对单片机的运行至关重要，电路 简单，但作用不小，元件参数选择、 简单，但作用不小，元件参数选择、印刷 板的布线都要注意。通过一个16MKZ的外 板的布线都要注意。通过一个 的外 部晶振借到单片机的外部晶振输入接口 EXTAL和XTAL上，利用 和 上 利用MC9S12XS128内 内 部的压控振荡器和锁相环把这个频率提高， 部的压控振荡器和锁相环把这个频率提高， 作为系统内部总线时钟。 作为系统内部总线时钟。
S12单片机开发平台入门
• 1、CodeWarrior集成开发环境介绍 • 2、BDM简介 • 3、MC9S12单片机最小系统
一、 CodeWarrior集成开发环境介绍
1.CodeWarrior能做些什么？ A）使用C/C++进行编程 B）支持Java开发 智能车仅限于应用C/C++语言在Windows平台上使用CodeWarrior进行 开发 2. CodeWarrior的优点是什么？ CodeWarrior能够自动地检查代码中的明显错误，它通过一个集成的调 试器和编辑器来扫描代码，已找到并减少明显的错误，然后编译并链接 程序以便计算机能够理解并执行程序。
3、接下来会跳出一个窗口让用户选择串口号和波特率，波特率最好为19200
4、点OK后会有一个程序下载到目标板的 过程：
5、之后会出现之前的调试界面。
二、BDM的介绍
• BDM是用来向单片机下载程序用的，可以 将单片机的Flash中旧的程序擦除。另外具 有调试功能，s12单片机的BDM接口可以提 供很多调试信息，包括CPU运行时的动态 信息，故与之通信的BDM也需要CPU支持。 • 单片机只需要一个6针的插头将信号引出和 BDM调试器连接，就可以实现单片机的DM 调试。
飞思卡尔_智能车_教程PPT58页
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
飞思卡尔_智能车_教程
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
飞思卡尔_智能车_教程
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
飞思卡尔培训第三章
1 u (t ) = K p e(t ) + Ti
武汉科技大学信息科学与工程学院
u (t ) = K p e(t ) + u0
3.2.1 PID控制算法 PID控制算法
图3.2 比例控制器的阶跃响应
武汉科技大学信息科学与工程学院
3.2.1 PID控制算法 PID控制算法
比例控制器虽然简单快速， 比例控制器虽然简单快速，但对于具有自平衡 即系统阶跃响应终值为一有限值） 性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象 虽然可以减小静差， 存在静差。加大比例系数Kp虽然可以减小静差，但 存在静差。 过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡， 当Kp过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡， 甚至导致闭环系统不稳定。 甚至导致闭环系统不稳定。
武汉科技大学信息科学与工程学院
第3章
智能汽车设计基础—软件 智能汽车设计基础—
1 3.1
编程语言简介
2 3.2
控制算法
3
思考题
武汉科技大学信息科学与工程学院
3.1 编程语言简介
汇编语言是用符号指令书写程序的语言， 汇编语言是用符号指令书写程序的语言，是依赖于硬 件平台的语言，对于不同架构的CPU都会有相应的汇编指令。 CPU都会有相应的汇编指令 件平台的语言，对于不同架构的CPU都会有相应的汇编指令。 汇编语言可以直接操作CPU内部的寄存器以及各种外围设备， CPU内部的寄存器以及各种外围设备 汇编语言可以直接操作CPU内部的寄存器以及各种外围设备， 对于单片机启动开始运行或者对于时序要求严格的I/O I/O操作 对于单片机启动开始运行或者对于时序要求严格的I/O操作 必须采用汇编语言编写， 必须采用汇编语言编写，在启动开始运行时汇编语言创建系 统的运行环境。 统的运行环境。 C语言的特点就是可以使程序员尽量少地对硬件进行操 具有很强的功能性、结构性和可移植性。由于C 作，具有很强的功能性、结构性和可移植性。由于C语言具 有语言简洁、紧凑，使用灵活、方便， 有语言简洁、紧凑，使用灵活、方便，运算符和数据类型丰 可以直接访问物理地址，进行位操作， 富，可以直接访问物理地址，进行位操作，能实现汇编语言 的大部分功能，可以直接对硬件进行操作，因此C语言既具 的大部分功能，可以直接对硬件进行操作，因此C 有高级语言的功能，又具有汇编语言的功能， 有高级语言的功能，又具有汇编语言的功能，对于编写与硬 件相关的应用程序而言具有明显的优势。 件相关的应用程序而言具有明显的优势。