《第九届智能车竞赛 西北工业大学2014创意组技术报告(初稿)技术报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九届智能车竞赛 西北工业大学2014创意组技术报告(初稿)技术报告（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第九届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛创意组创意组技技 术术 报报 告告 （初稿）学 校： 西北工业大学队伍名称： 睿速队参赛队员： 张明 李超然李旭 吴彬段杨森带队教师： 曲仕茹 许斌 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竟赛有关保留、 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： I目录目录第一章 引言 .1 1.1
2、 创意组竞赛说明 1 1.2 设计思路 1 1.2.1 车模车速 .2 1.2.2 车模与道具的配合.2 1.2.3 调车经验技巧的运用.2 1.3 本文结构安排 .2 第二章 机械结构简介 .1 2.1 机械结构 1 2.1.1 车体 .1 2.1.2 电路板 .2 2.1.3 电磁传感器支架 .2 2.1.4 测速装置 .2 2.1.5 伺服器 .3 第三章 系统硬件方案设计.4 3.1 系统硬件总体方案 .4 3.2 核心控制板 .5 3.3 电源管理模块 .7 3.4 电磁信号处理模块 8 3.5 舵机模块 8 3.6 无线收发模块 9 3.7 超声波测距 10 3.8 电机驱动 11
3、 第四章 系统软件设计 .13 4.1 系统初始化 13 4.1.1 时钟模块 .134.1.2 PWM 输出模块.154.1.3 PIT 周期中断定时器模块154.1.4 ADC 模块164.1.5 串口模块 .16 4.1.6 普通 IO 接口模块.17 第五章 系统调试平台 .18 5.1 软件调试平台 KEIL MDK4.5318II5.2 无线调试平台 .18 5.3 超声波调试平台 .19 附录 A 核心控制板原理图 .231第一章第一章 引言引言1.1 创创意意组组竞竞赛赛说说明明参赛作品的主体根据官方给出的第九届全国大学生“飞思卡尔”杯智能 汽车竞赛创意组竞赛说明 （以下简称创
4、意组竞赛说明 ）进行设计制作。 以下是官方给出的创意组竞赛说明中关于特机组比赛的一些要求： 参加特技组比赛的队伍可以自行选择和制作所需要的车模，不限于竞赛比赛的 四轮、两轮车模。在现场完成一系列突破常规运行的模式，比如：漂移过急弯、 腾空越障碍、左右单边行走、空中翻滚着陆等特技动作，也可以将汽车改装成 具有飞机、轮船等多栖运行模式，演示在复杂多样环境下运行能力。 参赛队伍自行选择和设计车模的特技系列动作，特技动作可以包括但不限于上 述内容。展示环境由参赛队自行设计并在现场搭建。 作品比赛成绩将由现场的专家评委和观众评委根据车模演示特技的难易程度、 完成质量、动作数量以及现场编排效果给出分数。具
5、体的评判过程将在比赛前 另行通知。 对于比赛作品限制性要求如下： 1) 车模完成特技动作需要自主运行，不能够借助于外部遥控手段； 2) 车模控制电路中需要使用飞思卡尔公司的处理器芯片。 3) 参赛作品一般要求能够在 57 米的场地内完成，如果有特殊要求，可 以在报名表作品简介中提出，由秘书处和总决赛承办学校判断可行 性。相比于以往创意组比赛竞赛规则，本届创意组特技组别比赛的竞赛规则约 束更小，参赛队员发挥想象力的空间更大。从本届创意组特技组别比赛规则来 看，该项目打破了以往智能车比赛的程式，比赛本身更具观赏价值，可谓集观 赏性与技术性于一身。加之该规则束缚很小，可以充分发挥参赛队员的想象空 间
6、进而调动了队员的积极性。1.2 设设计计思思路路正如创意组竞赛说明中所述的那样，人类的好奇和冒险精神促使人们 不断挑战自我极限，探寻未知世界。对于汽车各种特技功能的尝试大大激发了 人们的勇气和想象力。正是在智能车竞赛的参赛过程中，我们在调试车模的过 程中无意中陆续发现了一些很有意思的现象，那就是车模机械结构稳定的前提 下，在软硬件恰到好处的配合下，车模会产生各种“疯狂”的举动。例如，漂 移过急弯、腾空越障碍、左右单边行走、空中翻滚着陆等特技动作。这些动作 在以往的智能车比赛中是不可想象，甚至需要极力避免的。但是在本届的特机 组比赛中，队员们可以充分发挥自己的想象，让自己的智能车完美展示速度与2
7、激情，尽情体验生死时速的感觉。 借鉴汽车特技表演的相关资料，我们总结特技演示的关键在于车模的车速、车 模与道具的配合以及调车经验技巧的运用。因此，本作品主要从此三方面着手， 完成车模的各个特技动作。1.2.1 车模车速车模车速高的车速，另外对车速的精准控制也是特技动作完成的前提之一。因此， 车模的速度便成为特技演示的重要因素之一。这就对车模电机性能和速度控制 模块提出了较高要求。1.2.2 车模与道具的配合车模与道具的配合车模能顺利完成各种特技动作，和其与道具的完美配合也是分不开的。正 如魔术师表演魔术需要各种道具一样，车模的很多特技动作也都需要同道具的 完美配合才能实现。例如，车模要完成腾空
8、飞跃的动作，就必须有斜坡的配合 等等。1.2.3 调车经验技巧的运用调车经验技巧的运用所谓调车经验技巧的运用，指的是车模的各种特技动作都是参赛队员们根 据与汽车特技相关的影视题材中汽车的各种特技动作，外加自身在智能车调试 过程中的一些经验技巧，首先研判某一动作的可行性。在得出特技动作可行结 论之后，再经过持续的调试，最后将特技动作展示在观众眼前。因此，调车经 验技巧的运用也是车模特技演示的关键之一。1.3 本本文文结结构构安安排排本文第一章为引言部分，介绍了第六届飞思卡尔智能车大赛创意组的说明 要求，以及我们特技演示作品的设计思路；第二章简要介绍了车模机械结构的 构造；第三章介绍了我们的硬件系
9、统；第四章为系统软件设计；第五章部分简 单介绍了我们的软件调试平台。 1第二章第二章 机械结构简介机械结构简介本次多车协同特技演示系统由两种车型组成，共有五辆车，其中两辆特技 车和三辆警车。两类车的机械结构和硬件基本相似，区别在于特技演示时扮演 的角色不同。2.1 机机械械结结构构车模的整体机械结构如图 2.1 所示，车模由车体、电路板、电磁传感器支 架、测速装置和伺服器五个模块组成。下面我们将对各模块进行介绍。图 2.1 作品整体机械结构2.1.1 车体车体以 1:16 车模为基础，在车体上固定控制电路板和电磁传感器支架等其 他模块。我们保留了原车模的电池和电机。为了架车需要，对其传动系统进
10、行 了一定拆装。由于原车模的形状不规则且空间利用率太低，因此我们对车模不 利于特技表演的部位进行了改装。例如，为了使电磁传感器支架易于固定，同 时为了使车体空间结构紧凑，更完美地完成各种特技动作，我们拆去了车模的 前后保险杠；为了使控制电路板更加牢固地固定在车体上，我们去掉了车模上 支撑车壳的部分，代替以螺丝和铜柱，这样既不影响车壳的安装，又使得控制 电路板等部件固定更为牢固；为了使车体测速装置安装更加牢固，我们自制了 测速装置固定件，固定时并摒弃了车模自带的短螺丝，代替以等粗的长螺丝等 等。车体机械结构如图 2.2 所示。2图 2.2 车体机械结构2.1.2 电路板控制电路板是控制车模完成各
11、种特技动作的核心。我们的控制电路板固定 在电磁传感器支架和车壳之间。此处是整个车模的中心，一般的车身碰撞不会 殃及到这里，并且此处离各个传感器的距离都比较短，可以减少干扰，另外此 处便于控制电路板的固定且拆取方便。2.1.3 电磁传感器支架我们采用电磁传感器和干簧管进行道路信息的采集以及车辆间的协同。将 电磁传感器支架安装在车模上部并从车头略微伸出车模前方一段距离。安装过 程中充分利用了原车模的一些固有配件和固有螺孔，同时辅助以另外一些连接 件。这样不仅固定了电磁传感器，并且对车体前部防撞起到了一定效果。我们 使用质量轻强度高的碳纤维杆作为支架主体，减轻了整个车体的重量。干簧管 通过胶水粘接在
12、车模底盘下方的前部，这样更容易检测到赛道信息。2.1.4 测速装置测速装置主要由编码器及其外围电路组成。编码器采用欧姆龙公司生产的 OME-100-1N 编码器。编码器主轴通过齿轮啮合与车体主轴联接，从而达到测 速目的。为了使编码器牢靠地固定在车体上，我们自制了编码器与车体的连接 件。连接件巧妙地使用车体固有的螺纹孔，这样既节约了材料又简化了装车工 序。编码器机械结构如图 2.3 所示。3图 2.3 编码器机械结构2.1.5 伺服器伺服器通过原车模自带的舵机固定件安装在车身底盘左中部螺纹孔处，该 螺纹孔是原车模专为安装伺服器而设计。伺服器型号为 S3010。伺服器机械结 构如下图 2.4 所示
13、。图 2.4 伺服器机械结构4第三章 系统硬件方案设计3.1 系统硬件总体方案本次我校参赛题目“特技组”中涉及多个车辆，车辆功能不同，除只实现路径辨识寻道行驶外，还包括一些特技动作。由于特技车功能最为齐全，且包含其他车辆所能够实现的基本功能，主要以特技车作为范例对系统硬件总体方案做以介绍。特技车硬件方案设计，共包括七大模块：核心控制微处理器MK60DN512VLL10、信号处理模块、超声波测距、电机驱动模块、电源管理模块、辅助调试模块、舵机管理模块和无线通信模块。图 3.1 为系统硬件结构图。核心控制MCU MK60DN512VLL10超声波 测距电磁信号 处理模块电机驱动 模块无线通讯 模块
14、舵机模块辅助调试 模块电源管理 模块升降桥步 进电机图3.1系统硬件结构图51. 核心控制微处理器其中 MK60DN512VLL10 单片机是系统的核心部分，它负责接收电磁信号、超声波传感器测距信息等状态反馈信息，并对这些信息进行综合的处理，输出适当的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。2. 信号处理模块由 MK60dn512vll10 的 AD 模块，外围放大电路，以及电感线圈组成。其功能是获取道路信息，以供 MK60dn512vll10 作进一步分析处理。3. 电机驱动模块电机驱动模块主要实现车辆的动力驱动。4. 辅助调试模块主要用于多功能车系统的程序烧写，功能调试和测试，车辆状态监控，系统
15、参数和运行策略设置等方面。5. 电源管理模块由于本次设计车辆多，车辆功能多，不同的分系统需要多种电压值，所以电源管理模块负责为系统供电，保证各分系统独立正常运行。6. 无线通信模块是本次设计的基础与核心，其能够实现控制总调度中心与各车辆间进行协调控制，即能够实现控制中心与智能车之间以及各个车辆的相互通讯，从而完成系统不同时段的相应状态下的动作要求。无线通信模块选用 NRF24L01，在此基础上同时保证和 MK60 之间数据的交流顺畅无阻，保证实时通讯。7. 超声波测距采用的型号为 SRF05，探测距离范围为 1 cm-4 m。超声波模块用来辨别障碍物，通过此模块，可以获得在声纳范围内的确切的障
16、碍物的距离。3.2 核心控制板本次创意主题设计中对电路板进行了统一的设计。兼容各种场合的需求，例如：警车、特技车、升降桥、主控中心等。电路焊接实物图如图 3.2.6图3.2核心控制板焊接实物图73.3 电源管理模块电源模块为系统其他各个模块提供所需要的电源。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声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。7.2V 电压：这部分直接取自电池两端电压，主要为舵机、后轮电机驱动模块和部分接口电路提供电源。5V 电压：主要为超声波模块以及部分接口电路提供电源。3.3V 电压：为核心系统、信号调理以及无线收发模块供电电压要求稳定、噪声小，电流容量大于 500mA。5V 稳压，考虑选用了 LM1117 作为 5V 稳压芯片。LM1117 是一个低压差电压调节器系列，其压差在 1
