飞思卡尔设计报告（共8篇）
篇1：飞思卡尔设计报告
2011年 6 月
1设计要求：
LCD的第一行显示运算式，第二行显示运算结果。比如要计算机12+34，在键盘上按下相应键后，LCD的第一行显示“12+34”，按下“=”号后，LCD的第二行显示“=46”。其他功能参考普通计算器。
扩展功能：负数、小数运算、复合运算。连续运算、2进制、8进制运算。
亦可直接在LCD上显示一个计算器，用触摸屏操作。
2设计思路
在LCD上显示一个与键盘功能相同的计算器，可实现用键盘、触摸屏混合操作。
1、在LCD显示屏上按下某一个符号或者在键盘上某一个按键符号时，将相应字符存入数组中
并显示在LCD上。
2按下“=”就运算处理并在第二行显示计算结果。
3、按下“C”就进行退格操作。
4、按下“=”后显示结果，并且能连续运算，其中，将操作数和操作码全部显示在第一行，第二行显示当前计算结果。
5、当出现连续按两个操作符、按等号前一个字符为操作符、最开始按下的不是操作数等非法输
入时，自动在LCD屏幕上报错并实现清屏重启计算器。
3设计步骤
1、添加基本计算器的+、-、*、/ 四则运算和退格功能；
2、在1的基础上实现复合运算和连续操作；
3、在LCD上通过调用函数在下方画出计算器的按键图画并实现与键盘同等的功能；
4、综合调试并进行优化。
4程序流程（含流程图及详细步骤解释）
详细步骤解释
程序运行时即进行初始化，在LCD显示屏上显示计算器界面。接着判断是否有键盘按键按下或者有触屏，没有就继续扫描判断，有则将按下的键所对应的字符存入数组savedata。在此之中，也在判断键入的字符是否是退格键，如果是则将上一个字符清除掉。当检测到字符“=”时，将savedata数组中所存储的字符分离，其中，数值存在操作数数组op1中，操作符存在操作符数组op2中，然后进行运算。运算开始时，先扫描op2数组，当检测到操作符则将op1数组中对应操作符前后的两个操作数进行运算（先乘除后加减），结果放在两个操作数的前一个的位置，将op1和op2数组向前移动一个位置以覆盖已经运算过的操作数和操作符。当继续进行连续运算时，将字符继续存到savedata数组后面，否则清除op1的值，将字符存到savedata数组第一个开始的位置。
程序中考虑了各种非法输入的情况：当连续输入两个操作符时、当按“=”时检测到前一个字符是操作符时、当程序第一个字符不是操作数时，都报错，自动清屏并重启计算器。
按照实际中计算器的原则，当按下“=”后，退格键不能清除，比如1+2=3；不能将“2”、“+”、“1”退格。如果是连续运算，继续按下“-3+8/2”时，退格键有效，能清“-3+8/2”中的字符。清除后继续连续运算。
5操作步骤及方法
下载完程序后：
1、普通计算：例如计算123+456，直接在显示屏上连续触发“123+456”，然后触“=” 就可以在第二行显示=579；
2、连续运算。例如先计算123+456，结果为579，此时再按下“+” “1” 先在第一行显示123+456+1，在第二行就会显示=580，再按下“-” “9”，第一行显示123+456+1-9，在第二行就会显示=571，依次类推。
3、当输入的字符是非法输入时，在LCD第三行显示 illeagle enter！然后自动清屏重启计算器。
6设计过程遇到的问题、原因及解决方法
篇2：飞思卡尔设计报告
Central South University
飞思卡尔实验报告
学生姓名：叶吉东
指导老师：王击
学院：信息科学与工程学院
专业班级：自动化1204班
完成日期：2014年09月21日
目录
实验1.1 流水灯………………………………..………………………………...3 实验1.2 拨码开关控LED 灯…………………....…………………………........4 实验1.3 动态数码管显示…………………………….………………………....5 实验1.4 矩阵键盘……………………………………………………………....6 实验1.5 LCD(0802)显示………………………………………………………..8 实验1.6 LCD(12864)显示…………………………………….………………..10 实验1.7 蜂鸣器驱动………………………………………………………..….11 实验1.8 继电器驱动…………………………………..……………………….12
实验1.1 流水灯
一、实验目的：
1、掌握GPIO 口基本寄存器的使用，掌握如何将GPIO 作为输出口。
2、初步了解如何使用C 语言编写飞思卡尔单片机程序。
二、实验内容
利用PORTB 口的低4 位驱动4 位LED 灯，实现4 位LED 灯明灯流水操作。
三、实验电路图
四、实验说明
1、PORTB 口寄存器初始化。
2、送数据给PORTB 口显示，并延时一定时间。
3、改变数据，重复2。
五、实验方法及步骤
1、接线说明：
本实验无需外部接线，只需要使用跳线帽短接核心板上JP_1 处标号为PB0～ PB3 的跳线即可。
2、运行程序，观察LED 灯亮灭情况。
六、心得体会
这是我利用单片机进行的第一次实验，之前也没有接触过单片机，通过这次实验我大概了解了单片机的编程方法。它跟我们上个学期学过的微机原理很像，编程方法非常类似，这使得我也很容易看懂这个程序。最后我还做了课后思考题，发现只要延时时间缩短就可以达到闪烁的效果了。通过这一次实验让我对单片机有了初步的了解。为接下来的实验打下了基础。实验1.2 拨码开关控LED 灯
一、实验目的：
1、掌握GPIO 口的读写操作。
2、进一步了解C 语言在飞思卡尔单片机中的编程规范及技巧。
二、实验内容：
读取PORTB 口高4 位连接的4 位拨码开关状态，将读取到的拨码开关状态用 PORTB 口低4 位连接的LED 灯显示。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、PORTB 口寄存器初始化；
2、读取PORTB 数据，将数据右移4 位；送PORTB 口显示；
3、重复2。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明：
本实验无需外部接线，只需要使用跳线帽短接核心板上JP_1 处标号为PB0～ PB7 的跳线即可。
2、运行程序，改变拨码开关的状态，观察LED 灯的显示变化。
六、心得体会
这一次的实验跟第一次的实验基本类似，知识这次所需要连的线要多一些而已。通过这一次的实验，进一步了解GPIO 口的读写操作。进一步了解C 语言在飞思卡尔单片机中的编程规范及技巧。
实验1.3 动态数码管显示
一、实验目的：
1、了解数码管动态显示的方法。
2、掌握2803 的驱动原理。
二、实验内容：
系统上电后首先单8 左移显示，然后0-7 顺次左移显示，紧接着7-0 顺次 右移显示，再 0-7 全部闪烁显示，并重复以上动作。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、GPIO 相关寄存器初始化；
2、选中数码管第一位，送段码显示第一个数据；
3、移动位码，送下个数据的段码，以此类推，实现移位显示与动态显示。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明： 实验系统底板的8 位8 段数码管模块的段码接线说明： J_SEG-1(A)----IO065(PA0)J_SEG-2(B)----IO066(PA1)J_SEG-3(C)----IO067(PA2)J_SEG-4(D)----IO068(PA3)J_SEG-5(E)----IO069(PA4)J_SEG-6(F)----IO070(PA5)J_SEG-7(G)----IO071(PA6)J_SEG-8(DP)----IO072(PA7)8 位8 段数码管模块的位码接线说明： J_DIG-1(COM0)----IO046(PH7)J_DIG-2(COM1)----IO045(PH6)J_DIG-3(COM2)----IO048(PH5)J_DIG-4(COM3)----IO047(PH4)J_DIG-5(COM4)----IO050(PH3)J_DIG-6(COM5)----IO049(PH2)J_DIG-7(COM6)----IO052(PH1)J_DIG-8(COM7)----IO051(PH0)
六、心得体会：
这次的实验连线比较复杂，这使得我第一次的连线并没有连正确，演示的时候出来的是乱码。然后我就慢慢检查，终于发现了错误所在，是我并没有看清实验指导书连线而是凭着自己的感觉经验然后连线的，结果就出错了，所以我们做实验额时候一定得细心，要不然就会容易出错。看着实验箱上的实验结果，就联想到了我们日常生活中到处可见的LED灯。这让我越来越觉得单片机实现的功能在生活中到处可见。
实验1.4 矩阵键盘
一、实验目的：
1、了解矩阵键盘扫描原理。
2、掌握矩阵键盘编程方法。
二、实验内容：
编写键盘扫描程序，当矩阵键盘模块有按键按下时，读取键值，并利用数码 管显示键值。系统上电后8 位数码管以5-4-3-2-1 倒计数显示，待显示值为1 后，数码管清除显示，此时按下矩阵键盘按键，数码管显示对应键值。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、GPIO 相关寄存器的初始化。2、8 位数码管以5-4-3-2-1 倒计数显示。
3、扫描按键，键值送数码管显示。
4、重复操作3。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明：
实验系统底板的4x4 矩阵键盘接线说明： J_Key-1(R0)-----IO092(PS0)J_Key-2(R1)-----IO091(PS1)J_Key-3(R2)-----IO094(PS2)J_Key-4(R3)-----IO093(PS3)J_Key-5(C0)-----IO096(PS4)J_Key-6(C1)-----IO095(PS5)J_Key-7(C2)-----IO098(PS6)J_Key-8(C3)-----IO097(PS7)实验系统底板的8 位8 段数码管模块的段码接线说明： J_SEG-1(A)----IO065(PA0)J_SEG-2(B)----IO066(PA1)J_SEG-3(C)----IO067(PA2)J_SEG-4(D)----IO068(PA3)J_SEG-5(E)----IO069(PA4)J_SEG-6(F)----IO070(PA5)J_SEG-7(G)----IO071(PA6)J_SEG-8(DP)----IO072(PA7)8 位8 段数码管模块的位码接线说明： J_DIG-1(COM0)----IO046(PH7)J_DIG-2(COM1)----IO045(PH6)J_DIG-3(COM2)----IO048(PH5)J_DIG-4(COM3)----IO047(PH4)J_DIG-5(COM4)----IO050(PH3)J_DIG-6(COM5)----IO049(PH2)J_DIG-7(COM6)----IO052(PH1)J_DIG-8(COM7)----IO051(PH0)
2、运行程序，观察数码管显示变化。按下按键，观察数码管显示变化。
六、心得体会：
这次做的是矩阵键盘的实验，通过前几次实验，对单片机实验有了一定的了解，所以我这次并没有一开始就连线，我先打开程序然后花了好长一段时间了解矩阵键盘扫描原理，发现程序是通过不断循环扫描的方法来检测按键是否按下。通过这次试验我基本了解矩阵键盘的编程方法。
实验1.5 LCD(0802)显示
一、实验目的：
1、掌握GPIO 口控制外设的方法。
2、熟悉LCD(0802)的指令系统。
二、实验内容： 利用LCD(0802)液晶显示器，显示两排数字。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、驱动LCD(0802)GPIO 口相关寄存器初始化；
2、LCD（0802）初始化；
3、在LCD 屏上分行显示“01234567”和“ABCDEFGH”。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明：
实验系统底板0802 液晶模块的LCD 数据口信号接线说明： J_0802B_1-5(DB0)----IO065(PA0)J_0802B_1-6(DB1)----IO066(PA1)J_0802B_1-7(DB2)----IO067(PA2)J_0802B_1-8(DB3)----IO068(PA3)J_0802B_1-9(DB4)----IO069(PA4)J_0802B_1-10(DB5)----IO070(PA5)J_0802B_1-11(DB6)----IO071(PA6)J_0802B_1-12(DB7)----IO072(PA7)
实验系统底板0802 液晶模块的LCD 控制口信号接线说明： J_0802B_1-1(RS)-----IO013(PK5)J_0802B_1-2(R/W)----IO014(PK4)J_0802B_1-3(EN)-----IO015(PK3)
2、运行程序，观察实验现象。
六、心得体会：
这次实验我还是像上次一样，先把实验内容看一下，然后就直接看程序。刚开始的程序是LCD(0802)GPIO 口相关寄存器初始化和LCD（0802）初始化，看了半个多小时也是似懂非懂，接下来看的是LCD显示“01234567”和“ABCDEFGH”的程序，这些程序应该都是应该查表得出来的，我也没有必要看懂，所以我就连线进行实验了，通过这次试验我还是能够初步掌握GPIO 口控制外设的方法和熟悉LCD(0802)的指令系统。
实验1.6 LCD(12864)显示
一、实验目的：
1、掌握GPIO 口控制外设的方法。
2、熟悉LCD(12864)的指令系统。
二、实验内容：
使用OCM12864-2 液晶显示器，显示汉字。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、驱动LCD（12864）的GPIO 相关寄存器初始化；
2、LCD（12864）控制器的初始化，延时及清屏；
3、在LCD 屏上显示“欢迎使用”。
五、实验方法及步骤：
1、接线：
实验系统底板128x64 液晶模块的液晶数据口信号接线说明： J_12864-4(DB0)-----IO065(PA0)J_12864-5(DB1)-----IO066(PA1)J_12864-6(DB2)-----IO067(PA2)J_12864-7(DB3)-----IO068(PA3)J_12864-8(DB4)-----IO069(PA4)J_12864-9(DB5)----IO070(PA5)J_12864-10(DB6)---IO071(PA6)J_12864-11(DB7)---IO072(PA7)实验系统底板128x64 液晶模块的液晶控制口信号接线说明： J_12864-1(D/I)-----IO011(PK6)J_12864-2(R/W)-----IO013(PK5)J_12864-3(E)-------IO014(PK4)J_12864-12(CS1)----IO015(PK3)J_12864-13(CS2)----IO016(PK2)实验1.7 蜂鸣器驱动
一、实验目的：
了解蜂鸣器的使用和驱动方法。
二、实验内容：
利用GPIO 端口中的某一位驱动蜂鸣器。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、相应端口寄存器初始化；
2、送数据到相应I/O 口，间断驱动蜂鸣器。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明：
实验系统底板的蜂鸣器控制模块区域的蜂鸣器控制端接线说明： J_ Beep(Beep)----IO061(PE3)
2、运行程序，观察现象。
六、心得体会：
通过本次实验，熟悉了实验板中蜂鸣器工作原理，掌握编程控制蜂鸣器播 放音乐。掌握单片机编程控制蜂鸣器发出不同频率声音的方法；虽然在本次试验中遇到了的问题，都在同学和老师的帮助下解决了，同时还进一步了解了单片机方面的有关知识。
实验1.8 继电器驱动
一、实验目的：
了解继电器的使用和驱动方法。
二、实验内容：
利用GPIO 端口中的某一位驱动蜂鸣器。
三、实验电路图：
四、实验说明：
1、相应端口寄存器初始化；
2、送数据到相应I/O 口，驱动继电器间歇动作。
五、实验方法及步骤：
1、接线说明：
实验系统底板的继电器控制模块的继电器控制端接线说明： J_Relay(Relay)----IO061(PE3)使用跳线帽短接实验系统底板继电器控制模块JP_LED 处的跳线。使用跳线帽短接实验系统底板继电器控制模块JP_Power 处的跳线。
2、运行程序，观察现象。
六、心得体会：
篇3：飞思卡尔设计报告
关键词：智能赛车,电源设计,功能模块,集成电路的硅片
一个功率转换效率高的, 且稳定、电流大的电源, 在设计控制系统时很重要。它是整个系统的能量来源, 所以对于电源的设计和研究十分必要。
一、电源设计
稳压器集成电路硅片的选择:电源模块的设计中, 有许多种电压调节器集成电路硅片可以直接使用, 为了克服电路分散元件多, 焊接点多, 调试繁琐的问题, 要使电路设计更简单。所以可以采用串联稳压和开关稳压两大类芯片, 开关稳压芯片LM2596, LM2575等的工作效率高, 但电源噪声高, 自身耗电量较大, 负载功率大的电路, 适合采用开关稳压电路。串联型稳压芯片LM7805, LM7806等具有输出电压可调, 输出电流范围大, 输出电阻小 (驱动负载能力强) , 稳压性能好, 输出纹波小。负载功率小的电路, 适合串联型稳压芯片。在电源管理芯片的选择中, 由于电池容量是7.2 V, 2Ah, 电压高于各模块额定电压, 因此选用降压型串联型稳压芯片, 常用的芯片有LM7805和LM7806。但是由于指定的供电电池只有7.2伏, 以及LM7805和LM7806要想正常工作, 其之间的输入和输出引脚的压力差通常为2~3伏, 驱动电动机工作时, 会引起瞬间的电池电压下降, 会影响其它模块的正常工作。
因此利用压差为大约0.5伏, 额定电流1A的LM2940系列稳压器, 给感应模块和速度检测感应传感模块提供5V直流电源。选择LM2941系列可调电压的集成电路硅片, 提供给独立的转向伺服马达一个6 V直流电。动力驱动马达电能从7.2 V电池直接取用。考虑到引起驱动马达启动瞬间并不稳定, 在输入, 输出, 电源加入了适合的滤波电路。电源管理模块方框图如图1所示。
二、直流稳压电路设计原理
用LM2940低电压芯片, 芯片封装形式:TO-220 (国产) 。5V输出电压, 输出电流1 A, 0.8 V的电压差, 它含有静态电流降低电路、限流、过热保护、电池反向连接和反出入保护。使用它对单片机, 传感器和速度检测模块提供所需的5 V直流电源, 虽然相互有些干扰和影响 (当然可以用三片LM2940 5 V芯片对三个模块独立供电) , 但简化了电路, 减轻了重量, 节省了电池能量, 通过比较还是可行的。用LM2941串联可调稳压集成电路硅片一片, 对转向伺服马达供应6 V左右直流电。为了防止马达启动引起电压不稳定对其他电路工作带来影响, 稳压电路和电池都并联有合适的滤波电容。
(一) 输出为5伏的LM2940稳压。
LM2940串联稳压集成电路硅片是塑封三脚元件, 1号pin为输入, 2号pin为公共端, 三号pin为输出。电池7.2 V通过100微法电容滤波输入到LM2940 1管脚, 2管脚公共端接地, 3管脚输出经100uf和0.1uf电容滤波后输出5V直流电, 对中央控制模块、感应模块和速度感应三大模块供电。
(二) 输出为6伏的LM2941稳压电路 (LM2941 1片, 电容器4个, 电位器1个) 。
LM2941是四脚塑封立式串联可调稳压集成电路硅片, 1号pin是取样调整端, 3号pin是公共端, 5号pin是输出端, 4号pin是输入端。电池7.2 V通过0.1uf, 100uf电容滤波后输入到LM2941 4管脚, 3管脚是公共端接地, 1号pin通过10千欧电阻R1取样调整输出, 5号pin经过100微法, 0.1微法电容滤波, 输出6V左右的直流电对转向伺服马达供电。
(三) LM29405V、LM2941 6 V两芯片组合的稳压电路原理图。
实际制作时两片电源芯片是组合在一起的, 如图2所示。
三、结语
飞思卡尔智能赛车电源模块自主设计的电路部分, 对电子学理论及操作水平有很高的要求, 花大量时间进行了筛选, 实验, 最终确定了这些方案。在后来软硬件调试和参赛实践中, 没有出现大的故障, 说明它们设计比较合理, 在此供初学者参考。
参考文献
[1]龙光利.一种多功能遥控智能小车的设计[J].陕西理工学院学报 (自然科学版) , 2014
[2]罗文骥, 谢冰.电气化铁道地面带电自动过分相系统技术的研究与应用[J].铁道机车车辆, 2008
[3]马帅旗, 张伟.基于语音识别的机车自动过分相装置的研制[J].陕西理工学院学报 (自然科学版) , 2014
[4]赵振德.多功能遥控智能车的制作[J].电子制作, 2 0 1 1
[5]赵明敏, 田丽.基于改进支持向量机的车牌识别[J].陕西理工学院学报 (自然科学版) , 2014
[6]王旭.框架式导引头数字控制器设计[D].南京理工大学, 2008
篇4：飞思卡尔设计报告
【摘要】本设计以飞思卡尔单片机MK60DN512VLL10为核心芯片，通过信号收集处理并控制智能车各个硬件，实现对小车的远程遥控控制，避免碰触障碍物，利用超声波传感器检测道路上的障碍物，行驶时间、速度、里程的显示等几大功能，并对其功能进行测试，整个控制系统设计结构简单，电路功耗低，所用元器件低价高性能，可靠性强，测试结果与预期结果一致。
【关键词】飞思卡尔单片机 电机驱动 红外遥控 超声波避障 红外避障
【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0224-01
引言
近年来汽车工业迅速发展，其中无人驾驶更受汽车工业发面的重视，道路识别、前进、倒车、红绿灯检测、道路行人识别与避障、速度控制等都是汽车工业无人驾驶方面的重要内容，与此同时，关于汽车方面的研究也越来越多。全国电子竞赛、各高校电子竞赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛等都有一智能车设计为题材，参设竞赛，可见智能车方面的研究已越来越受关注。越来越多的高校都开始重视这方面的研究，可见其具有重要的研究和推广意义。
1.系统总体设计概述
智能小车大体可分为由车体地板、单片机、电机、舵机、超声波传感器、红外对管、红外遥控等模块组成（见图1）。小车以飞思卡尔单片机K60为控制核心，实时监测接收由红外对管传感器、超声波传感器、红外遥控传感器发送出来的信号，并对其信号进行解密处理，提取有效信号，控制舵机的转向、电机速度、液晶显示，和障碍报警。
2.电机驱动电路
本设计由两个BTS7970构成的H桥驱动电路实现驱动（如图2）。由于采用了高性能的驱动电路，在程序上运用PWM波控制控制电机的转速和启停，加上使用编码器准确的测速，利用PID算法控制PWM波，当编码器将速度信息返回给单片机后，单片机自动进行比较给定的速度和实际测量的速度，然后将差值反馈给PID，通过适当的PID算法控制电机的PWM波，使得电机速度快速达到预定值。
3.避障、循迹模块电路
采用红外避障、循迹传感器，这是一种由红外发射管与红外接收管共同构成的光电传感器。光电开关就是利用这种电信号的变化而设计的。当这种电信号比较强时，说明有障碍物反射了红外发射管发出的红外线，光电开关为关状态，当电信号较弱时，说明没有障碍物反射红外线，观点开关为关状态， 红外避障传感器就是利用光电开关的这一开关特性而设计的。当检测到障碍物时，光电开关为关状态，单片机采集到这个信号后，立即对舵机、电机的状态进行改变，已达到避障的目的。
4.远程遥控
针对远程遥控技术，本设计中使用了目前使用较为广泛的一种通讯和远程遥控技术，由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
本设计使用一体化红外线接收器，是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
5.系统软件设计
本设计采用模块化设计方法，在AIR Systems环境下采用C语言编写程序。相关程序主要包括主程序、无线接收、电机驱动、避障、循迹、舵机控制、速度控制、按键、液晶显示等程序模块。
单片机通过不断的循环检测各个模块发送过来的信号，当检测到有无线遥控信号时，立刻切换到遥控模式，然后进行相应的动作，如果没有检测到无线信号，则继续进行自动行驶模式，根据避障、循迹、超声波等模块采集到的信号，自动进行相应的动作，比如电机的速度控制、舵机的转角控制、液晶显示、障碍报警、脱离赛道报警等动作。
6.总结
本设计使用了在汽车工业领域的芯片行业具有一定主导地位的芯片公司（飞思卡尔）所生产的32位核心控制器——MK60DN512VLL10单片机，其具有多路时钟发生器（MCG），配置有四种时钟：内核时钟（core）、总线时钟（bus）、外部总线时钟（FlexBus）、Flash 时钟（Flash clock），最高时钟的频率高达180MHz，具有高速的运行能力，另外带有看门狗电源模块，通过程序控制可达到待机状态，具有低功耗的优点。利用此款单片机设计一辆可智能避障行驶前进，外加各种数据采集、显示实时行驶情况，故障、危险报警等一系列动作的全自动小车。
参考文献：
[1]雷贞勇，谢光骥.飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现[J].电子设计工程，2010（02）
[2]王晶，翁显耀，梁业宗.自动寻迹小车的传感器模块设计[J].现代电子技术，2008，22（3）：192-194
[3]张拓，戴亚文.基于AT89S52单片机的智能循迹机器人设计[J].机电工程基础，2009，1（3）：13-15
[4]吕泉.现代传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
篇5：飞思卡尔总结—电磁组
通过近四个月的努力学习和制作，我们组的作品最后在第六届全国大学生“飞思卡尔”杯华东赛区取得电磁组三等奖的成绩，虽为未能取得二等奖以上而遗憾，但我们从中学到了很多在课堂上学不到的知识和经验，使我们的动手能力有了很大的提高。
两天紧张的比赛结束了，第六届“飞思卡尔”智能车竞赛华东赛区的全部比赛也到结束了，在长沙，我们体验了西湖风景的美丽，也体会了各院校在“飞思卡尔”项目上的强大。
最终三等奖的成绩，可喜可忧，喜在能在众多高手中，获得此成绩实属不易，忧的是下一步如何提升自己，如何可以使我们的电磁车跑到更快。现在确实发现在“飞思卡尔”上我们所不懂的知识实在太多太多，尤其是在机械上，车辆的机械改造对于我们是一个陌生的一块，如何通过改造，将模型车的性能更好的发挥出来，还是我们的短板。像四轮定位、重心选择、舵机安置等方面几乎是空白，这是我们下一步尤其要努力的地方。
这四个多月的竞赛准备中，暴露了很多问题，前期不够重视，投入时间太少，以至于很多任务被推到最后一个月去解决，这也是我们止步三等奖的主要原因。而这些一定以及肯定要在下一届“飞思卡尔”比赛中去解决。
比赛结束了，我们的心却久久不能平静，回想过去几个月的学习和制作，我们觉得很多东西需要写出来，算是对自己这几个月的总结和反思吧，也是为下届参加飞思卡尔小组提供一些参考。
1、前瞻过短。这是直接影响车速的问题所在，我们在制作由于前瞻过短，导致小车在判断弯道时，反应时间过短，车速一快，小车就直接传感器就丢失信号。因此也就注定，小车无法高速行驶。在下届的比赛中，一定要记住这个教训，在加长前瞻的同时，最好想办法使前瞻大小可调，方便测试时调整。
2、电机驱动模块过热问题。比赛中我们使用的IRF4905与IRF3205构成桥式驱动电路，并采用双并联方式分流作用，解决过热问题，但未达到理想效果。下届，要在小车的硬件构建时，一定要充分多实验，选择最佳方案。
3、“做智能小车，不是做电子设计”，这是我和杭电的一位同学交流时，他说的一句话。其实意思就是制作智能车电路，要尽量简洁，尽可能做PCB板，这不仅体现做智能小车的心态，也可以减小信号在线路中的相互干扰。
4、车辆机械改造问题。在比赛中，印象最深是杭电的电磁车，由于后一名就是杭电选手，我得幸能近距离观察他们的车。他们的车采用三舵机控制，一个控制车辆转向，一个控制前方探头，就是“摇头”检测，另一个调整车子的转弯性能。前两个，大家都可以理解，最后一个，或许有点难理解。第三个舵机通过两个减震弹簧与底盘相接，倘若车子向左转弯，此时舵机就向左转，压迫左侧弹簧，同时拉升右侧弹簧，使车子的重心向内侧偏移，这样车子的转弯性能就能提上去。
篇6：飞思卡尔智能车获奖感言
我有幸能够参加 2011年全国点学生飞思卡尔智能车竞赛，在这次竞赛中我们学到了很多，有专业方面的知识，比如单片机，各类传感器，不同芯片间的通信等等，也学会了一些书本上没有的东西，比如团队合作，如何网上购买到好的元器件，如何布局 PCB 板上各个元器件的位置等。
为了这次比赛，学校提前好久就开始准备了。只是我们的课程比较多，平时去实验室的机会不是很多，为此我们也很伤脑筋。终于等到寒假了，我们几个全身心的投入到这次比赛的准备中。每天早上起来买点早餐就直奔实验室，白天动手做下硬件，晚上回到宿舍在就看下理论，联系编程。这样的日子我们一点都没有感觉到累，每天都希望自己会学到更懂得东西，好似饿了许久的动物，得到了食物一般。每天感觉都那么充实，想想大学里前两年学到的东西还没有那个寒假学到的东西多。
寒假里我们把历届的技术报告都看了看，这期间学到不少东西，尤其是对各类元器件的认识及使用。真是受益匪浅。
接下来就是一些以前失败的经验，希望能有所参考。
比赛前在不注重实际赛道和自己练习赛道的区别，赛道一变，以前调试的结果都将无效。所以，谨记一点，一定要吧硬件做好，比赛前一定好好利用好试车时间，多注意自己的赛道和比赛的赛道的区别，注意摩擦程度，光线的亮暗，空气的潮湿程度等。
其次是传感器的安装，这次我们选用的是激光做传感器。这个传感器相比其它传感器有很多优点，比光电的射的远，而且稳定性高，但是激光的很贵，所以提前一定要看好电路图，安装一定要够稳固，不然后期传感器坏起来就头疼了。我们以前有好多关键时刻传感器出问题失败的例子，不胜枚举，经验惨痛。如果安装不好，系统不够稳定，导致在比赛失败，而且平时调试浪费了好多宝贵的调试时间。这一点，谨记，硬件固定一定要牢固。
其次是装配，各个模块间的连接线固定不牢靠。使得导线接触不良，导致小车参赛时好几次冲出跑道（其中一个传感器的输入信号接触不良造成的）。所以千万别忽略细节，各个连接一定要注意稳固。
其次是我们编程能力，一定要狠练习编程能力，定这样可以大大节省时间，提高效率，以前经常有编程不熟练，到这小车出现各种状况都不知道是什么导致的，定时器，计数器的使用不够熟练，浪费了好多时间。
团队间成员不够信任，不能完全信任对。当出现问题时，做硬件的怀疑软件，做软件的怀疑硬件问题。所以队员之间的团结问题一定哟啊解决好，不然只能让人停止不前。
以上是一些经验教训，以下是一些感想。
参与这次飞思卡尔智能车竞赛，是我的荣幸同时我也感觉有很多收获。我感觉最基本的电路知识和模电知识非常重要，控制原理，和单片机知识更是关键，原来好多东西学过了，都只当做书本知识来记，根本没想过如何应用，然而实际工程中真正碰到了才明白原来当初学这东西是这么个作用。比如PID整定，比如模电中三极管的应用和运放的应用，都很有用。
经历了这次飞思卡尔智能车竞赛我觉得经验很重要，许多电路不管简单还是复杂，第一次搭建、调试的时候总是让人相当恼火，但是有过一次经验就好了，以后再碰到类似的情况就熟练得多。有许多小车的问题，比如突然跑偏，或者弯道跑出，都需要一定的经验，在比赛中出现类似的问题都能够及时快速的解决。
在小车运行的过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的算法可以行得通，但实际接上电，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。常常会面对一个算法一头雾水无从下手，别急，要有耐心，多想多问。好多问题你没遇到过就根本搞不明白怎么回事，但是一旦懂了，它就变得很简单，从此再也不会找你麻烦。
多动手多试也很重要，不要只对着图纸或者资料上的电路和算法看，好多算法要亲自调试一遍才弄得懂。正所谓实践出真知，怕麻烦是不可取的，多动手多实践，理论与实践相结合，做得多了经验就多了。
在刘沛老师的具体指导下，整个飞思卡尔智能车竞赛有条不紊、循序渐进的进行，无论哪个阶段，我们都有所收获、有所长进。期间我们遇到过挫折，遇到过麻烦，因为某些外因而使创新进程延误过，但我们不畏困难，及时的纠正错误，调整策略，严格保证飞思卡尔智能车竞赛的科学有序进行。整个活动下来，我感触颇深，经历了很多，也学到了好多。
只有竭力全力，才能更接近完美。这次飞思卡尔智能车竞赛，渗透了我们这个团队每一位成员的心血。无论是前期准备，还是后期实施，每个环节我们都竭尽所能，通过各种渠道，利用各路资源，使整个飞思卡尔智能车更加完善。
只有相互协作，才能齐力断金。合理分工，团结一心是提高效率，完成共同目标的关键。在我们的分工协作下，这些不同模块的设计，我们既有合作又有分工，总的来说进行的还是比较顺利。在其中学习到了很多东西，不仅是学习方面的还有做人，人生方面的知识。在这期间的收获让我终生难忘。
只有用心沟通，才能有所收获。热情是敞开心扉的钥匙，真诚是促进沟通的法宝。我们本次飞思卡尔智能车竞赛得到了学校各方面的大力支持，得到了很多认识的不认识的老师全力配合。我们得到的不仅仅是实验室的先进设备还有实验室便利的实验条件，在这里一一向他们表示感谢。没有他们的帮助我们不可能这么顺利的进行我们的飞思卡尔智能车竞赛。
在本次飞思卡尔智能车竞赛中切实让我感受到实践是学生学习知识，运用知识的最好途径。亲身实践也增强了我们认识问题、分析问题、解决问题的能力。谁说年少轻狂的我们经受不住风雨的洗礼？谁说象牙塔里的我们两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书？走出校园，踏上社会，我们一定能为自己的未来书写一份满意的答卷。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次比赛，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。我想说，这次智能车竞赛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；于是我们决定沿着自己的路执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人并且个人也离不开团队，因此我们必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败，只有一个人知道原理是远远不够，必须让团队内所有成员都知道，否则一个人的错误就有可能导致整个飞思卡尔智能车竞赛的失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证，而这次飞思卡尔智能车竞赛也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的经验将知道我们以后的道路走的更顺利。
这次飞思卡尔智能车竞赛终于顺利完成了，在这其中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位学校老师再次表示忠心的感谢！
篇7：飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。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，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高为获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。
中文名
飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛
起 源
韩国
核 心
HCS12单片机
针对对象
在校大学生
简介
为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文，附件1)，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，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，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛由竞赛秘书处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健康、普及、持续的方向发展。
该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。
全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。全国大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。
全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。因而该竞赛是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛。
“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，自2006年首届举办以来，成功举办了九届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区200余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。2008年第三届被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中9个科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文，附件2），2009年第四届被邀申请列入国家教学质量与教学改革工程资助项目。
比赛规则
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定并负责采购竞赛车模，采用飞思卡尔如下 7 个系列：
（1）32 位 Kinetis(ARM® Cortex™-M0+)，主要包括 Kinetis E, EA, L, M 等 系列；
（2）32 位 Kinetis(ARM® Cortex™-M4)，主要包括 Kinetis K, W 等系列；（3）32 位 MPC56xx 系列；（4）16 位 9S12 系列；（5）32 位 ColdFire 系列；（6）DSC 系列；
（7）8 位单片机系列（可使用 2 片）
作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍之名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及制作工程质量评分为辅来决定。竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分赛区预赛以及最终决赛。在实际可操作性基础上力求公正与公平参与。秘书处将邀请独立公证人监督现场赛事及评判过程。
在分赛区、决赛区进行现场比赛规则相同，都分为初赛与决赛两个阶段。
在计算比赛成绩时，分赛区只是通过比赛单圈最短时间进行评比。决赛区比赛时，还需结合技术报告分数综合评定。
初赛与决赛规则
1）初赛规则
比赛场中有两个相同的赛道。
参赛队通过抽签平均分为两组，并以抽签形式决定组内比赛次序。
比赛分为两轮，两组同时在两个赛道上进行比赛，一轮比赛完毕后，两组交换场地，再进行第二轮比赛。
在每轮比赛中，每辆赛车在赛道上连续跑两圈，以计时起始线为计时点，以用时短的一圈计单轮成绩；每辆赛车以在两个单轮成绩中的较好成绩为赛车成绩；计时由电子计时器完成并实时在屏幕显示。
从两组比赛队中，选取成绩最好的25支队晋级决赛。
技术评判组将对全部晋级的赛车进行现场技术检查，如有违反器材限制规定的（指本规则之第一条）当时取消决赛资格，由后备首名晋级代替；
由裁判组申报组委会执委会批准公布决赛名单。初赛结束后，车模放置在规定区域，由组委会暂时保管。2）决赛规则
参加决赛队伍按照预赛成绩进行排序，比赛顺序从第25名开始至第1名结束。比赛场地使用一个赛道，决赛赛道与预赛赛道形状不同，占地面积会增大。每支决赛队伍只有一次比赛机会，在跑道上跑两圈，以计时起始线为计时点，以最快单圈时间计算最终成绩；计时由电子计时器完成并实时在屏幕显示。
预赛成绩不记入决赛成绩，只决定决赛比赛顺序。
比赛过程规则
按照比赛顺序，裁判员指挥参赛队伍顺序进入场地比赛。同一时刻，一个场地上只有一支队伍进行比赛。
在裁判员点名后，每队指定一名队员持赛车进入比赛场地，将赛车放置在赛道出发区。裁判员宣布比赛开始后，赛车应在30秒之内离开出发区，沿着环形赛道黑色引导线连续跑两圈，由计时起始线两边传感器进行自动计时。跑完后，选手拿起赛车离开场地。
如果比赛完成，由计算机评分系统自动给出单圈最好成绩。
比赛犯规与失败规则
比赛过程中，如果赛车碰到赛道两边的立柱并使之倾倒或移动，裁判员将判为赛车冲出跑道。赛车前两次冲出跑道时，由裁判员取出赛车交给比赛队员，立即在起跑区重新开始比赛，该圈成绩取消。选手也可以在赛车冲出跑道后放弃比赛。比赛过程中如果出现有如下一种情况，判为比赛失败：
裁判点名后，1分钟30秒之内，参赛队没有能够进入比赛场地并做好比赛准备； 比赛开始后，赛车在30秒之内没有离开出发区； 赛车在离开出发区之后2分钟之内没有跑完两圈； 赛车冲出跑道的次数超过两次；
比赛开始后未经裁判允许，选手接触赛车； 决赛前，赛车没有通过技术检验。如果比赛失败，则不计成绩。比赛成绩规则
在各分赛区进行预赛时，比赛成绩由赛车单圈最快时间决定。
在决赛区进行比赛时，比赛成绩由赛车单圈最快时间以及队伍技术报告成绩综合决定。技术报告评分办法：
1）组委会收到参加决赛队技术报告后将匿去参赛学校名字、参赛队员名字等所有可识别参赛队伍的信息交技术评判组。
2）技术评判组就控制方案创新、S12芯片资源合理充分利用、机械结构设计方案等对技术报告进行评审，并在决赛前公布得分。报告评分范围0-10，具体的评定标准将在2007年6月30日之前给出。
决赛区比赛最终成绩计算由下面公式给出： 比赛最终成绩(秒)= Ts *(1-0.01R)式中Ts为赛车最快单圈时间（秒）；R为技术报告评分（分值范围0-10）。例：如果赛车在比赛中Ts=35秒, R=5,则最终成绩为
35*(1-0.01*5)= 33.25秒
鉴于决赛开始前各队之技术报告评分(R)巳经公布并输入到计分系统，每队赛车完成赛道后系统将即时显示出其最快单圈时间，系统将即刻显示出以上述公式计算出的比赛最终成绩及到此刻为止时之临时排名。全部决赛队完成赛道比赛后系统即会显示排名次序与成绩，但须再经裁判组复核后申报组委会执委会批准公布。
比赛禁止事项
不允许在赛道周围安装辅助照明设备及其它辅助传感器等；
选手进入赛场后，除了可以更换电池之外，不允许进行任何硬件和软件的修改； 比赛场地内，除了裁判与1名队员之外，不允许任何其他人员进入场地； 不允许其它影响赛车运动的行为。
承办学校及全国总决赛特等奖学校
第一届（2006年）：承办：清华大学 特等奖：清华大学
第二届（2007年）：承办：上海交通大学 特等奖：上海交通大学
第三届（2008年）：承办：东北大学 摄像头组冠、亚、季军：东北大学、北京科技大学、上海交通大学 光电组冠、亚、季军：武汉科技大学、北京科技大学、东北大学 第四届（2009年）：承办：北京科技大学
摄像头组冠、亚、季军：北京科技大学、上海交通大学、上海大学 光电组冠、亚、季军：北京科技大学、清华大学、杭州电子科技大学 第五届（2010年）：承办：杭州电子科技大学
摄像头组冠、亚、季军：北京科技大学、杭州电子科技大学信息工程学院、南京师范大学
光电组冠、亚、季军：杭州电子科技大学、杭州电子科技大学信息工程学院、乐山师范学院
电磁组冠、亚、季军：广东技术师范学院、清华大学、杭州电子科技大学 第六届（2011年）：承办：西北工业大学
摄像头组冠、亚、季军：湖南大学、北京科技大学、山东大学 光电组冠、亚、季军：西北工业大学、电子科技大学、乐山师范学院 电磁组冠、亚、季军：杭州电子科技大学、北京科技大学、西北工业大学 第七届（2012年）：承办：南京师范大学
摄像头组冠、亚、季军：北京科技大学、常熟理工学院、电子科技大学 光电组冠、亚、季军：北京科技大学、山东大学、乐山师范学院 电磁组冠、亚、季军：中南民族大学、浙江大学、华中科技大学 第八届（2013年）：承办：哈尔滨工业大学
摄像头组冠、亚、季军：北京科技大学、武汉科技大学、西安交通大学 光电组冠、亚、季军：北京科技大学、厦门大学、厦门大学嘉庚学院 电磁组冠、亚、季军：电子科技大学、北京科技大学、东北大学秦皇岛分校 第九届（2014年）：承办：电子科技大学
摄像头组冠、亚、季军：南京师范大学、北京科技大学、电子科技大学 光电组冠、亚、季军：北京科技大学、中南民族大学、华中科技大学 电磁组冠、亚、季军：北京科技大学、浙江大学、电子科技大学 第十届（2015年）：承办：山东大学
篇8：基于飞思卡尔单片机智能车的设计
关键词：飞思卡尔,单片机,智能车,设计
世界上首台无人驾驶车的创造时间是1953年,这种车依靠埋线电磁感应来跟踪路径,属于自动导向型车。现在的传感器技术发展飞速,加上智能算法的不断改进,让无人驾驶车的设计水平越来越高,集成度也越来越高。本文设计的智能车,把飞思卡尔单片机当做控制核心,同时依靠车体前后摄像头和红外反射传感器来检测路面引导线,保持车体沿预定轨迹行驶。
1智能车的整体设计
1.1飞思卡尔单片机介绍
智能车控制核心采用的是飞思卡尔MC9S12XS128单片机,这属于一种16位的飞思卡尔单片机,它的内部结构有两个部分,一部分是CAN功能块,另外一部分是单片机基本部分。其基本结构中有两个串行通信口是异步类型的,两个串行通信口是同步类型的,还有中央处理器单元,8通道定时器,8通道调制模块,49个I/O口(独立数字的),其卡里的随机存储器容量大小为8KB,闪存容量大小为128KB,只读存储器容量大小为2KB。把飞思卡尔MC9S12XS128单片机当成此智能车的控制部分核心,可以用来检测路面的引导线以及路的坡度,用来显示相关数据信息以及控制管理驱动的伺服电机。
1.2智能车整体设计思想
该智能车一共有五个模块的设计,它们分别是电源模块设计、电机驱动模块设计、速度数据检测模块设计、舵机驱动转向管理模块设计以及传感器检测模块设计。智能车系统框图如下所示(如图1):
其中电源模块采用的是7.2V/2000mAh型号的蓄电池组,它可以给其他四个模块提供电源,舵机驱动转向管理模式可以借助于判断处理信息数据来控制智能车电机的转速以及舵机的转角大小,传感器检测模块有识别轨道的功能,轨道的中心位置有交流电导线,导线内电流形成的磁场会被智能车传感器检测到,然后传感器依据磁场的大小进行电压值的相应转变,再经过传感器传送到飞思卡尔MC9S12XS128单片机中,同时传送的还有速度数据检测模块检测到的数据信息,飞思卡尔MC9S12XS128单片机处理收到的电压值,由相关软件判断传出舵机控制信息,让智能车在正确的轨道上行驶。驱动电路可以放大控制板的速度信号功率,让其可以控制电机的运转。可见, 智能车整体性能会受到驱动电路好坏的重要影响。
2智能车的硬件设计
2.1驱动电路设计
智能车直流电机整体性能会受到驱动电路方面的影响,驱动电路好时,智能车直流电机整体性能能够得到充分地发挥,智能车就会有个高性能的动力系统。 智能车的后轮驱动电机采用了7.2V的工作电压,0.5A的空载电流。当智能车后轮驱动电机有3.3A的工作电流时,转速就能达到每分钟一万四千转,此时后轮驱动电机达到了最大的工作效率。借助于电机驱动模块管理电压,让智能车能够加速行驶,也能进行制动处理。借助于半桥或全桥电路、高功率的晶体管,传出脉冲宽度调制的波形,来实现智能车后轮驱动电机管理控制。智能车直流电机可以选用以下三种驱动方式,一是借助于CMOS管,其提供的H桥可以用来驱动电路,此电路优点是H桥的内阻小,并且驱动力强,不管制臂处于什么样的状态,H桥都不发生 “共态导通”问题。二是借助于MC33886芯片,这是一种全桥的驱动芯片,需要通过多片并联来降低芯片发热的程度。选择使用同型号和批次的芯片,避免不匹配芯片并联时只有一个芯片进行工作。三是借助于BTS7960B芯片,这是一种半桥的电机驱动芯片。采用这种芯片的优点能够最大程度地降低电磁干扰,也方便了微控制器接口,具有短路保护、过流保护、电流检测诊断等功能。
2.2电源模块电路设计
智能车的电压由电源模块提供,驱动电路里的芯片需要有稳定的电源电路做保障。把驱动电路的电压设置成直流形式,考虑到电压有5V的、7.2V的,智能车电池电压7.2V,使用5V电压需要变换7.2V电池电压为5V。智能车电源电压7.2V和5V工作电压有2.2V的压差,电源芯片有7805和2940可供选择。当采用7805这种三端稳压集成电路芯片时,输出电压同输入电压之间的压差超过了3V, 所以7805不适合当成智能车直流电压变换芯片。当采用LM2940这种直流电压变换芯片时,输出电压同输入电压之间的压差控制在了1.0V。这种芯片最大的输入电压达到了26V,可以在零下四十摄氏度到一百二十五摄氏度的工作环境里运行,输出的电流大小为1A。试验电压的纹波很小,能够达到工作要求。为此,可以把它当成智能车的直流电压变换芯片。
2.3机械模块设计
智能车的软件程序以及控制算法必须借助于机械结构的执行,为此,需要根据实际设计方案调整智能车的机械机构。根据轻巧的设计原则,最大程度地降低智能车的重心,设计好合理的机械零件形状、电路板形状,还需要精心地调整智能车的后倾角、内倾角、避震部分,这样一来,才能使智能车有一个稳定的转向性能。在舵机安装方面,通过安装舵机的转向机构,来加快智能车车轮子的转向速度。不用变动舵机原来的结构,竖立舵机,增长力臂,让两端力臂能够保持相等。这样一来,就会在很大程度上提高智能车转弯时形成的转矩。在前轮方面,可以调整前后垫片,让前轮有稍微后倾的主销,这样一来,智能车自动回正的性能也会提升,然后调整连杆,保持车轮稍微内倾。在底盘方面,增加前轮位置垫片,降低重心。提高后轮重心,保持智能车身稍微前倾,这样智能车在行驶时会更加稳定。
2.4传感器模块
速度传感器方面,在智能车初期设计时,为了方便调试,使用了开环控制的方法来保持智能车行驶的平稳性,但这样却不能提高智能车的行驶速度,通过在智能车上加装速度检测模块,使用开环控制的方法,可以解决以上问题。可以选用的测速元件有槽型光耦、测速电机、射光耦、测速电机等。本文选用了槽型光耦这种测速元件。在智能车的转动轴上安置槽型光耦,穿过槽型光耦的齿轮在转动的过程中会触发脉冲,飞思卡尔单片机中的脉冲计速器负责采样,再参考智能车的车轮转速、车轮直径的数据来转换其为近似的速度值。路面检测传感器方面,智能车检测路面的传感器好比智能车的眼睛,智能车借助于这种路面检测传感器来自动检测路面引导线。智能车的这种路面检测传感功能借助于摄像头和光电传感器来实现。摄像头的精度高、检测面积大、具有良好的前瞻性,这样可以方便智能车的速度控制,但其不足是 :需要处理的信息数据量很大、经常受到干扰。光电传感器具有控制简便、扫描速度快的优点,但其探测的范围很小。可以把这两者结合起来,把摄像头当成关键的检测元件,在智能车前方安置光电传感器,用来辅助近处路面的检测工作,识别引导线。使用380线型号的摄像头,使用的视频分离芯片是LM1881,用其来获取同步信号
3智能车的软件设计
3.1主程序算法
模块化的设计思路是先对每个单位驱动程序进行设计,然后对每个功能模块的子程序进行设计,这些功能模块有很多,例如,速度检测功模块、速度和方向控制模块、摄像头信息数据获取模块、路面信息数据分析模块、数据通信模块、模块初始化模块、功能显示模块、功能设定模块等等。控制算法有光电管控制算法、循线控制算法、PID控制算法。光电管识别算法可以用来识别道路的引导线,循线控制算法可以用来控制管理智能车舵机的方向,光电管控制算法可以用来控制管理智能车的速度情况。主程序算法开始先进行各个模块的初始化,各个模块都启动后进入主控程序入口,然后进行信息数据采集、信息数据处理,接着调整控制智能车的速度与方向,当识别到路面起跑线次数为两次时做停车处理。
3.2 PID算法
PID算法能够基于反馈控制,具有高适应性、易调整参数性、结构简化性的优点,通过PID控制算法,可以从参数变化情况复杂、控制模型不清晰的对象里取得较好结果。在智能车实际应用PID控制算法时,把采样反馈数值当成单片机脉冲数值,参考智能车实际情况来调整预设的门限值。计算的偏差值,需要将电机转过齿轮数值减去期望齿轮数值,然后乘以对应系数,得出脉冲宽度调制的占空比。程序中图像是借助于中断程序进行采集的,这会影响到PID采样的周期数值选择。扫描每行的周期是64us, 间隔六行进行一行图像的采集,每行里添加了PID后,PID子程序的处理时间就需要保持在5×64us内。图像只在奇场里采集了行数,没有在偶场里采集参数,为此不会均匀执行PID子程序,得不到预期效果,甚至使视频采集工作受到影响。综合分析后,选定PID采样的周期是20ms, 进行一次PID调节就采集一次场,这样就符合了智能车控制速度的需求。
3.3循迹算法
单片机智能车寻迹原理如下:先是进行矩阵扫描,分别输送给光电传感器矩阵行值,把输出4个信号存入两个地址里的低4位中,从高到低的低4位分别代表方向:前、左前、右前、后,屏蔽掉高4位,把其当成本次信号值。然后逻辑处理本次信号值与上次处理后信号值,把新方向当成智能车形式方向。使用内外层切换以及优先级规则,使逻辑处理层获取新方向, 是智能车寻迹的关键。使用内外层切换规则时,从内层向外层切换,二次判断外层信号,处理内层没有处理好的问题(例如曲线断续问题、曲线拐弯问题)。当智能车前、左前、右前没有检测到路面引导线,只有后面传感器检测到路面引导线时,可以使用纠错规则,先让智能车后退,退到前面传感器检测到路面引导线为止。
4智能车调试测试经验
4.1自动寻迹功能测试
在路面上涂的黑色引导线,可以用来引导智能车的前进方向。在智能车前面和后面分别安置一个摄像头,前面的摄像头用来采集路面信息,引导智能车前进。借助于光电传感器来采集近处路面信息数据,当智能车出现脱离轨道情况时,进行舵机调整。根据角度传感器采集的信息数据来判断路面的水平情况,当不是水平路面时,进行智能车平衡性的调整;当路面水平时,停止3秒,在嗡鸣器报警后继续前进。进行智能车倒车行驶时,借助于智能车后面安置的摄像头来采集倒车数据信息,当智能车脱离轨道时,进行舵机调整。这样一来,就完成了智能车自动寻迹功能的测试。
4.2自动平衡调节功能调试
智能车行驶的路途中安置了一块平衡板,需要智能车实时地检测平衡板的倾角情况,来控制管理好车速,防止车速过快飞出去。因为只需要检测平衡板X轴方向的倾角,所以智能车使用了单轴类型的传感器SCA61T,这种传感器的抗冲击力强大、噪声小、稳定性高、分辨率高, 还能适应很大范围的工作温度。传感器SCA61T可以测量地球引力相应分量,输出相应模拟电压,接着借助于单片微型计算机来转化模拟电压为绝对倾角,它其实属于一种加速度计。实时地检测平衡板的角度,来分析平衡板的平衡情况。智能车自身也具有一定质量,当智能车在平衡位置刹车时,平衡板会受到运动惯性而来回振荡,致使智能车失去平衡。为此,需要智能车快要驶到平衡位置时降低行驶速度, 避免出现智能车失衡现象。但这样不会彻底避免平衡板的振荡,需要在智能车里加装伺服器平衡杆,它属于一种力矩补偿微调装置,其补偿的力矩公式是T=(mgL/2)sinq。在平衡杆质量m、平衡杆的杆长L一定时,平衡杆补偿力矩T只和夹角q有关。平衡杆补偿力矩T的伺服器能够控制 -90度到90度里的平衡杆转动。在夹角q为 -90度时,平衡杆补偿力矩T的值最小 :-mgL/2 ;在夹角q为90度时,平衡杆补偿力矩T的值最大 :mgL/2。为此,智能车平衡杆补偿力矩T的范围为 -mgL/2到mgL/2。
5总结