飞思卡尔智能车及电子设计大赛简介.doc

飞思卡尔智能车各位同学你们好，下面由我来给大家介绍一些我参加飞思卡尔智能车大赛以及电子设计大赛的心得，和一些入门知识，时间仓促，文笔有限，有不合理的地方望大家见谅。一几个基本要求：（依据第一届的选人方式）1. 做事情认真、积极、负责，且有毅力。2. 有团队精神。3. 专业知识越强当然也会越有利，但自学能力也非常非常重要。注释：因为大家基本都是头一次做这个项目，功底都差不多，按上一届选人的标准来看，那些老师可能会比较看重学生的这些特质。（当然事先有准备相关的知识以及自身的专业能力也是必须的啦）。解释一下为什么要上述那几点：1 做事情认真、积极、负责，且有毅力。认真是必须的，那个单片机很容易烧毁，并且还挺贵的，上一次由于没经验就烧了挺多个。积极跟负责，做这个比赛，就要多花点时间在上面，三天两头都见不到你的人，队友很容易会有意见，很快对你就会排斥，还有该是你负责的部分你就要努力去搞定，而不是一副事不关己的样子。毅力，这是必须的，在时间紧张的时候免不了要在生化楼通宵熬夜的，没点毅力，两三天你就夸了。2 有团队精神。这点很重要，能不能和队友默契的合作往往能左右这个队伍的成绩，合作在于沟通，能心平气和地与别人沟通的会比较受青睐。有意见大家好好说，别太冲动跟倔强。3 专业知识越强当然也会越有利，但自学能力也非常非常重要。因为我们专业的人过去主要是负责硬件部分，所以电路设计，焊电路板是必不可少的，没有电专业知识是不成的，自学能力是非常重要的，因为那边基本没老师给你培训，上一届的同学也不可能手把手教你怎么弄，所以大部分还是靠自己的自学能力啦。懂得从各届智能车比赛的优秀技术报告学习，从网上查找芯片资料。二相关硬件知识简介：系统硬件结构主要由HCS12（单片机） 控制核心、电源管理单元、传感器、车速检测模块、转向伺服电机控制电路和直流驱动电机控制电路组成，其系统硬件结构如图1 所示图1以上摄像头小组的系统硬件图，其实每个小组除了传感器部分，以及为传感器部分服务的电路有些不同，其余部分基本上可以通用。首先是电源管理系统：由于整个系统有多个模块组成，而每个模块的驱动能力，电压以及对电压波形的要求不同，所以将电池电压通过不同的稳压芯片或者其他效率更高的稳压电路稳成不同的电压，为各模块供电。如单片机需要的稳定，纹波较小的电压，所以通常采用LM2940-5的3脚稳压芯片对其进行供电。电机驱动模块：先讲一下电机转速的控制原理，输入电压直接由电池输入到驱动模块，这是电机所能获得最高参考电压，再由单片机控制输出的PWM波的占空比给驱动模块，使驱动模块能够输出不同的电压，使电机的转速或者转向发生改变。从而实现加速减速反转等。驱动模块一种是直接使用飞思卡尔公司的驱动芯片组成，其电路图如图2，其驱动能力还算不错，电路也相对简单，但是成本高，效率可能也比较有限，另外比较常用的一种是使用H桥作为驱动，H桥有很多种组成方式，如图3是其中一种。图2图3舵机：如图4是其外形，车上安装如图5，舵机有3根线，分别为红色6V电源线，黑色地线，白色控制信号线，舵机的组要功能是控制轮子的转角，使车子达到拐弯的功能，其控制方式与电机类似，也是通过控制PWM波的占空比来控制舵机的转角，在调试的时候，需要用测试轮子正中，最左，最右所对应的PWM波的占空比值。舵机控制的好坏是直接关系到车子的速度。图4图5最小系统模块：一般一开始都是直接使用开发板作为系统核心，负责信号的采集，分析，运算，决策，控制各模块的运转，这部分比较常见的问题就是引脚功能认识，虽然采集，分析，运算，决策，控制这些一般由写程序的同学负责，但是对引脚功能有所了解才能更好的分配使用，以及外围电路的设计需要用到哪些引脚才能运筹帷幄，才不至于电路设计时有些引脚功能重复，有的却不够使用这样的矛盾。传感器模块：上一届有三个类别的小组，分别为电磁、光电、摄像头，其区别就在于传感器的不同，所谓的传感器其实相当于小车的眼睛，通过它来检查道路信息，再将信息送往单片机，由单片机分析再做决策。一下分别简单介绍一下各传感器的工作特性。电磁：其主要原理是通过法拉第电磁感应定律，在比赛的的道路中间铺设一条导线，同上电流，由电生磁，一般小车是用电感或者其他器件来检查磁场的强弱，离中线越远则磁场越小，反之越大，通过这种方式来判别车子当前离中线的位置。光电：光电传感器是原理最简单的一种，跑道如图4，跑道中间有一条黑线，而光电就是通过光的发射和接受来检查这条黑线，当光线照射在白板时，由于白色反射能力较强所以接收管（比如光敏3级管）就会导通，信号线就会输出低电平/高电平。当光线照射在黑线上时，由于黑色比较容易吸收光线，使其反射的很少，接收管没有接受到光线就会截止，输出高电平/低电平。（信号输出高低电平由电路设计决定），由一排的光电传感器同时照射在跑道上，从接收信息分析哪个光电传感器照射到黑线便可知道小车当前的大概位置。图6摄像头：摄像头可能会稍难，因为其采集的信息量很大，处理起来有些麻烦，但其原理有些像多排的光电传感器，得到的是一副2维的图像。摄像头是通过灰度值来辨别颜色的，颜色越深，则灰度值也就越小，反之颜色越浅，灰度值也就越大，在如图4的跑道上黑白两种颜色是两个不同方向的极端，黑色灰度值很小，而白色则很大，通过摄像头采集到的这些灰度值，对这些灰度值进行A/D转化，便可得到不同的数值，设置一个阀值，小于该阀值则认为是黑线，大于则认为是白板，就这样便能将一副跑道信息提取出来。以上是整个硬件系统的主要组成部分，其余的辅助部分便不赘述，留给你们自己探究。现在将整个系统的工作流程简单地介绍一下。由电源模块为各模块进行供电，使其工作，传感器检测道路信息，速度传感器检测车子速度，将这些信息送往单片机，单片机通过这些反馈信息分析车子当前的位置以及状态，通过PID等算法，得到各模块的输入量，如电机PWM波的占空比，舵机的PWM波占空比等，使车子达到面对当前路况所需的反应状态。总体电路的设计：一开始基本上是用万用版上搭接电路，实物图如图7所示，系统的规划、元件的布局将影响到系统版的可用性及美观，安装的方便等问题，所以在焊接之前必须先规划好整体的布局。焊接也是一个影响整体性能的关键因素，一开始都会比较生疏，需要多训练才行。单片机最小系统MC33886电机驱动模块电源模块图7等到系统成熟、完善后，且经过测试没有问题之后，再考虑是否需要制PCB板。以上只是简单的介绍了一些相关的入门知识，还有很多的东西需要在这参赛的过程当中进一步学习。电子设计大赛 -小车类题目通过以往的几届小车类别比赛的观察，小车只有个别的电路有所区别，稍加修改、完善便能直接移植，如电机驱动模块，电源模块，舵机等都可以灵活的运用于各种不同的题目。小车类的最大区别的地方在于传感器的不同，各种检查信号的传感器适合于不同的场合、题目，通过智能车的锻炼对通用的部分一定能熟练掌握，再加上暑假期间对多种传感器的熟悉，多练习，多应用，一般情况下，都能很快地想到题目的解决方法。以下是几张我在暑假期间用实验室里原有的传感器制作的小车的照片以及另外一组同学的本次比赛的作品：1.收发一体红外管的寻迹小车，只要明白了其中的原理，能很快地在各种车体上实现同样的功能，当然这个要看个人动手能力地强弱：2.摄像头小车，半成品，抗干扰能力不强，摄像头做起来确实不太容易：3.用蔽障传感器制作的简易摇头蔽障坦克车，可以走迷宫，但程序还有些漏洞：4蔽障传感器及红外管传感器配合使用的寻迹蔽障小车：4 以下是另外一组同学的本次电子比赛的作品简易射门机器人，以优异的成绩获得福建省电子竞赛小车类一等奖，该车集合了金属，红外，激光，光线，蔽障等，多达15个传感器的配合使用。智能车在很早之前便知道大赛的规则及题目，有充分的时间准备，而电子设计大赛则是要在4天的时间内完成一件作品，所以平时的准备工作非常重要，只有平时做足了准备才能在比赛的几天时间里完成题目要求。除了传感器及电路，还需要做好编程以及机械制作，好的程序能让系统更有效率，所以平时C语言要多练习，机械这部分有时候很费时间，所以需要多动手，从中又所体会，遇到