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第1章 竞赛简介1

1.1 竞赛与规则简介1

1.1.1 竞赛介绍1

1.1.2 竞赛规则2

1.2 历届承办单位及获奖情况2

第2章 智能汽车硬件设计4

2.1 供电模块电路设计4

2.1.1 单片机供电电路设计5

2.1.2 舵机供电电路设计7

2.1.3 特殊传感器的升压供电9

2.1.4 传感器等其他外设供电11

2.2 电动机驱动电路设计12

2.2.1 脉宽调制基本原理12

2.2.2 H桥的基本原理14

2.2.3 A车模、D车模电动机驱动方案15

2.2.4 B车模电动机驱动方案16

2.3 信号传递电路的设计19

2.3.1 电动机控制信号的电平转换与隔离19

2.3.2 传感器数据信号的电平转换21

2.3.3 舵机控制信号的隔离24

2.4 测速模块原理与电路设计25

2.4.1 光电脉冲测速原理25

2.4.2 低成本方案——光电码盘26

2.4.3 高精度方案——光电编码器27

2.4.4 第五轮测速方式29

2.5 辅助调试设备及其电路设计29

2.5.1 液晶显示30

2.5.2 矩阵键盘32

2.5.3 拨码开关33

2.5.4 串口通信34

2.5.5 无线通信36

2.5.6 SD卡读写37

2.6 主板外形设计37

2.6.1 A型车模主板设计参考37

2.6.2 B型车模主板设计参考39

2.7 PCB实体电路的设计39

2.7.1 元器件封装选择39

2.7.2 基于原理图设计实体电路40

2.7.3 电路抗干扰、防静电设计43

2.7.4 自制PCB的方法指导44

本章小结45

第3章 智能汽车软件设计46

3.1 C语言核心内容与芯片编程规范46

3.1.1 C语言核心内容46

3.1.2 命名规则53

3.1.3 注释54

3.1.4 统一类型别名定义56

3.1.5 编码56

3.2 控制主程序57

3.2.1 摄像头组主程序设计57

3.2.2 电磁组主程序设计57

3.2.3 光电组主程序设计59

3.3 赛道信息的获取60

3.3.1 摄像头图像的获取60

3.3.2 电磁传感器信号的获取67

3.3.3 光电传感器信号的获取70

3.4 信号处理与赛道识别71

3.4.1 摄像头图像处理与赛道边沿识别71

3.4.2 电磁车信号放大与赛道边沿识别73

3.4.3 光电车信号处理与赛道边沿识别74

3.5 赛道分析与控制策略74

3.5.1 摄像头组74

3.5.2 电磁组及光电组77

3.6 起跑线的识别78

3.6.1 摄像头组78

3.6.2 电磁组78

3.6.3 光电组80

3.7 PID控制算法和应用80

3.7.1 PID控制算法80

3.7.2 PID控制在智能汽车上的实现84

3.8 其他控制算法和应用85

3.8.1 模糊控制85

3.8.2 赛道记忆算法87

3.9 计算机辅助调试87

3.9.1 开发软件介绍87

3.9.2 C#上位机获取图像88

3.9.3 MATLAB调试PID88

3.9.4 按键及显示屏模块89

第4章 智能汽车机械结构设计90

4.1 机械设计软件——Pro-Engineer90

4.1.1 简介90

4.1.2 历史版本90

4.1.3 主要模块91

4.1.4 主要特性91

4.1.5 Pro-Engineer在智能汽车上的应用92

4.1.6 用户关注热点92

4.2 智能汽车机械零件设计的一般步骤与准则92

4.2.1 相关概念92

4.2.2 设计机械零件的一般步骤93

4.2.3 设计机械零件的基本准则93

4.3 工具准备94

4.3.1 锯切工具——钢锯94

4.3.2 打孔工具95

4.3.3 支持定位工具——桌虎钳96

4.3.4 画线工具97

4.3.5 螺丝刀98

4.3.6 钳子98

4.3.7 粘连工具99

4.4 常用材料100

4.4.1 铝合金100

4.4.2 碳素纤维100

4.4.3 润滑剂101

4.5 智能汽车机械结构优化102

4.5.1 智能汽车的整体结构102

4.5.2 智能汽车防护保养与机械结构调整103

4.5.3 智能汽车转向结构调整107

4.5.4 智能汽车后轮结构调整109

4.5.5 赛道保养110

第5章 控制芯片111

5.1 MC9S12XS128芯片112

5.1.1 芯片简介112

5.1.2 时钟模块112

5.1.3 I／O模块及其应用121

5.1.4 计数器和定时器模块126

5.1.5 TIM模块的脉冲累加器133

5.1.6 脉冲调制解调模块（PWM）137

5.1.7 周期中断定时器（PIT）144

5.1.8 SCI总线151

5.1.9 模数转换模块157

5.2 MCF52259芯片167

5.2.1 芯片简介167

5.2.2 时钟模块168

5.2.3 通用I／O口模块（GPIO）173

5.2.4 边沿中断检测模块（EPORT）181

5.2.5 中断管理模块186

5.2.6 可编程中断定时器模块（PIT）193

5.2.7 脉冲累加器模块196

5.2.8 舵机电动机控制模块（PWM）198

5.2.9 通用异步收发机模块205

5.2.10 模数转换模块（ADC）214

5.3 Kinetis K60芯片226

5.3.1 芯片简介226

5.3.2 时钟模块226

5.3.3 多用途时钟信号发生器228

5.3.4 系统集成模块（SIM）248

5.3.5 可编程中断定时器（PIT）257

5.3.6 Flex定时器（FTM）259

5.3.7 通用输入／输出（GPIO）及引脚控制和中断283

5.3.8 引脚控制和中断寄存器286

5.3.9 UART异步串行通信309

5.3.10 模数转换器331

5.4 MPC5604芯片356

5.4.1 芯片简介356

5.4.2 时钟模块356

5.4.3 简化系统接口单元（SIUL）372

5.4.4 中断管理模块391

5.4.5 增强模块化I／O子程序（eMIOS）403

5.4.6 可编程中断定时器（PIT）428

5.4.7 A／D转换模块437

第6章 电磁车实例446

6.1 智能汽车竞赛电磁组背景446

6.2 电磁组传感器及路径检测设计参考方案446

6.2.1 磁场检测方法446

6.2.2 传感器模块设计447

6.2.3 信号滤波451

6.2.4 传感器的布局设计与调试453

6.2.5 电路板的静电保护458

6.3 车模整体控制策略458

6.3.1 速度控制策略458

6.3.2 转向控制策略459

第7章 摄像头车实例460

7.1 摄像头传感器简述460

7.1.1 摄像头的选型460

7.1.2 CCD摄像头的优势与缺陷462

7.1.3 OV5116动态集成摄像头463

7.2 整体方案设计464

7.3 机械结构与调整465

7.4 系统架构与硬件设计465

7.4.1 模块划分及母板电路465

7.4.2 CCD摄像头模块电路466

7.4.3 硬件二值化电路466

7.5 图像采集处理468

7.5.1 图像采集468

7.5.2 图像处理471

7.6 控制策略472

7.6.1 控制方案472

7.6.2 驱动电动机PID控制474

7.6.3 转向舵机控制475

7.7 难点突破与系统改进475

7.7.1 机械改进475

7.7.2 转向控制的优化475

7.7.3 车体的防护476

7.8 参考代码476

第8章 自平衡车实例（光电组）479

8.1 自平衡组简介479

8.2 直立行走控制原理479

8.2.1 直立行走任务分解479

8.2.2 车模直立控制481

8.2.3 车模速度控制484

8.2.4 车模方向控制485

8.2.5 车模倾角测量486

8.2.6 车模直立行走控制算法总图490

8.3 硬件电路及传感器安装491

8.3.1 硬件电路整体概览491

8.3.2 单片机最小系统MC9S12XS128MAL492

8.3.3 陀螺仪·加速度计模块493

8.3.4 电动机驱动模块494

8.3.5 编码器及测速电路494

8.3.6 线性CCD模块497

8.3.7 辅助调试及电源设计498

8.3.8 车模整体装配方案498

8.4 软件算法设计参考498

8.4.1 整体控制流程498

8.4.2 MC9S12XS128MAL单片机资源分配501

8.4.3 直立控制505

8.4.4 速度控制507

8.4.5 方向控制函数509

8.4.6 电动机控制函数511

本章小结512

参考文献513