“恩智浦”杯智慧型汽車設計與實例教程

《“恩智浦”杯智慧型汽車設計與實例教程》是2018年電子工業出版社出版的圖書，作者是隋金雪、楊莉、張岩。

圖書信息

“恩智浦”杯智慧型汽車設計與實例教程

作 譯 者：隋金雪,楊莉,張岩
出版時間：2018-08千 字 數：836
版 次：01-01頁 數：584
開 本：16開
裝 幀：
I S B N ：9787121348365
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所屬分類：科技 >> 電子技術 >> 電子技術套用

內容簡介

本書以全國大學生“恩智浦”杯智慧型汽車競賽為背景，講述智慧型汽車設計的整體思路與技術難點，從元器件選購到相關專業知識講解，全方位展示了智慧型汽車的實際製作與調試過程。本書分為11章，第1章為全國大學生“恩智浦”杯智慧型汽車競賽的總體介紹；第2～4章分別為硬體設計、軟體設計及機械結構設計；第5章介紹了恩智浦系列晶片的相應模組，包括MC9S12XS128、MCF52259、Kinetis K60及MPC5604；第6～11章給出了電磁、節能、攝像頭、光電及自平衡、信標等組別智慧型汽車的實例製作過程。本書以智慧型汽車競賽為切入點，提煉了智慧型汽車競賽的技術精要，全方位闡述了一套完整的、具有自動控制功能的嵌入式系統方案設計藍圖，不僅適用於各個階段研究智慧型汽車的讀者，還可供嵌入式系統與自動控制相關專業的本科生、研究生用作參考資料。

圖書目錄

第1章 競賽簡介1

1.1 競賽與規則簡介1

1.1.1 競賽介紹1

1.1.2 競賽規則2

1.2 歷屆競賽承辦單位及獲獎情況2

1.3 歷屆競賽變化趨勢4

第2章 智慧型汽車硬體設計5

2.1 供電模組電路設計6

2.1.1 單片機供電電路設計6

2.1.2 舵機供電電路設計8

2.1.3 特殊感測器的升壓供電10

2.1.4 感測器等其他外設供電12

2.2 電動機驅動電路設計13

2.2.1 脈寬調製基本原理13

2.2.2 H全橋的基本原理15

2.2.3 A車模、D車模電動機驅動方案16

2.2.4 B車模電動機驅動方案17

2.3 信號傳遞電路的設計20

2.3.1 電動機控制信號的電平轉換與隔離21

2.3.2 感測器數據信號的電平轉換23

2.3.3 舵機控制信號的隔離25

2.4 測速模組原理與電路設計26

2.4.1 光電脈衝測速原理26

2.4.2 低成本方案——光電碼盤27

2.4.3 高精度方案——光電編碼器29

2.4.4 第五輪測速方式30

2.5 輔助調試設備及其電路設計31

2.5.1 液晶顯示31

2.5.2 矩陣鍵盤33

2.5.3 撥碼開關34

2.5.4 串口通信35

2.5.5 無線通信37

2.5.6 SD卡讀寫38

2.6 主機板外形設計39

2.6.1 A型車模主機板設計參考39

2.6.2 B型車模主機板設計參考40

2.7 PCB實體電路設計41

2.7.1 元器件封裝選擇41

2.7.2 基於原理圖設計實體電路42

2.7.3 電路抗干擾、防靜電設計45

2.7.4 自製PCB的方法指導46

本章小結48

第3章 智慧型汽車軟體設計49

3.1 C語言核心內容與晶片編程規範49

3.1.1 C語言核心內容49

3.1.2 命名規則56

3.1.3 注釋58

3.1.4 統一類型別名定義59

3.1.5 編碼60

3.2 控制主程式61

3.2.1 攝像頭組主程式設計61

3.2.2 電磁組主程式設計61

3.2.3 光電組主程式設計62

3.3 賽道信息的獲取63

3.3.1 攝像頭圖像的獲取63

3.3.2 電磁感測器信號的獲取70

3.3.3 光電感測器信號的獲取73

3.4 信號處理與賽道識別74

3.4.1 攝像頭圖像處理與賽道邊沿識別74

3.4.2 電磁車信號放大與賽道邊沿識別76

3.4.3 光電車信號處理與賽道邊沿識別77

3.5 賽道分析與控制策略77

3.5.1 攝像頭組77

3.5.2 電磁組及光電組81

3.6 起跑線的識別81

3.6.1 攝像頭組81

3.6.2 電磁組82

3.6.3 光電組83

3.7 PID控制算法和套用84

3.7.1 PID控制算法84

3.7.2 PID控制在智慧型汽車上的實現88

3.8 其他控制算法和套用89

3.8.1 模糊控制89

3.8.2 賽道記憶算法91

3.9 計算機輔助調試91

3.9.1 開發軟體介紹91

3.9.2 C#上位機獲取圖像92

3.9.3 MATLAB調試PID92

3.9.4 按鍵及顯示屏模組93

第4章 智慧型汽車機械結構設計94

4.1 機械設計軟體——Pro-Engineer94

4.1.1 簡介94

4.1.2 歷史版本94

4.1.3 主要模組95

4.1.4 主要特性95

4.1.5 Pro-Engineer在智慧型汽車上的套用96

4.1.6 用戶關注熱點96

4.2 智慧型汽車機械零件設計的一般步驟與準則96

4.2.1 相關概念96

4.2.2 設計機械零件的一般步驟97

4.2.3 設計機械零件的基本準則97

4.3 工具準備99

4.3.1 鋸切工具——鋼鋸99

4.3.2 打孔工具99

4.3.3 支持定位工具——桌虎鉗101

4.3.4 畫線工具102

4.3.5 螺絲刀102

4.3.6 鉗子103

4.3.7 粘連工具103

4.4 常用材料105

4.4.1 鋁合金105

4.4.2 碳素纖維105

4.4.3 潤滑劑105

4.5 智慧型汽車機械結構最佳化106

4.5.1 智慧型汽車的整體結構106

4.5.2 智慧型汽車防護保養與機械結構調整108

4.5.3 智慧型汽車轉向結構調整112

4.5.4 智慧型汽車後輪結構調整114

4.5.5 賽道保養115

第5章 控制晶片116

5.1 MC9S12XS128晶片117

5.1.1 晶片簡介117

5.1.2 時鐘模組117

5.1.3 I/O模組及其套用126

5.1.4 計數器和定時器模組131

5.1.5 TIM模組的脈衝累加器138

5.1.6 脈衝調製解調模組143

5.1.7 周期中斷定時器150

5.1.8 SCI匯流排156

5.1.9 模數轉換模組162

5.2 MCF52259晶片172

5.2.1 晶片簡介172

5.2.2 時鐘模組172

5.2.3 通用I/O口模組177

5.2.4 邊沿中斷檢測模組186

5.2.5 中斷管理模組191

5.2.6 可程式中斷定時器198

5.2.7 脈衝累加器模組202

5.2.8 舵機電動機控制模組204

5.2.9 通用異步收發機模組211

5.2.10 模數轉換模組220

5.3 Kinetis K60晶片231

5.3.1 晶片簡介231

5.3.2 時鐘模組231

5.3.3 多用途時鐘信號發生器233

5.3.4 系統集成模組253

5.3.5 可程式中斷定時器261

5.3.6 Flex定時器264

5.3.7 通用輸入/輸出及引腳控制和中斷288

5.3.8 引腳控制和中斷暫存器290

5.3.9 UART異步串列通信314

5.3.10 模數轉換器337

5.4 MPC5604晶片363

5.4.1 晶片簡介363

5.4.2 時鐘模組364

5.4.3 簡化系統接口單元379

5.4.4 中斷管理模組398

5.4.5 增強模組化I/O子程式410

5.4.6 可程式中斷定時器436

5.4.7 A/D轉換模組444

第6章 電磁車實例453

6.1 智慧型汽車競賽電磁組背景453

6.2 電磁組感測器及路徑檢測設計參考方案453

6.2.1 磁場檢測方法453

6.2.2 感測器模組設計454

6.2.3 信號濾波459

6.2.4 感測器的布局設計與調試460

6.2.5 電路板的靜電保護465

6.3 車模整體控制策略465

6.3.1 速度控制策略465

6.3.2 轉向控制策略466

第7章 電磁節能車實例467

7.1 智慧型汽車競賽電磁節能組背景467

7.2 硬體電路設計及感測器的選擇467

7.2.1 硬體電路設計467

7.2.2 車模整體布局468

7.2.3 系統整體概述469

7.3 車模整體控制策略469

7.3.1 方向控制策略469

7.3.2 速度控制策略470

7.3.3 無刷直流電機471

7.4 節能控制策略472

7.4.1 取電裝置472

7.4.2 超級電容473

7.5 軟體系統設計475

7.5.1 開發工具475

7.5.2 PID控制算法476

第8章 攝像頭車實例477

8.1 攝像頭感測器簡述477

8.1.1 攝像頭的選型477

8.1.2 CCD攝像頭的優勢與缺陷479

8.1.3 OV5116動態集成攝像頭480

8.2 整體方案設計481

8.3 機械結構與調整482

8.4 系統架構與硬體設計482

8.4.1 模組劃分及母板電路482

8.4.2 CCD攝像頭模組電路483

8.4.3 硬體二值化電路485

8.5 圖像採集處理486

8.5.1 圖像採集486

8.5.2 圖像處理489

8.6 控制策略490

8.6.1 控制方案490

8.6.2 驅動電動機PID控制492

8.6.3 轉向舵機控制493

8.7 難點突破與系統改進493

8.7.1 機械改進493

8.7.2 轉向控制的最佳化493

8.7.3 車體的防護494

8.8 攝像頭腳踏車參考代碼494

第9章 攝像頭雙車實例498

9.1 攝像頭雙車設計思路498

9.2 攝像頭雙車硬體設計499

9.3 攝像頭雙車組的賽道識別500

9.4 控制策略503

9.4.1 超車策略503

9.4.2 沖點處理505

9.5 難點突破與系統改進506

9.5.1 腳踏車性能提升506

9.5.2 超車過程最佳化506

9.6 攝像頭雙車組參考代碼507

第10章 自平衡車實例（光電組）510

10.1 自平衡組簡介510

10.2 直立行走控制原理510

10.2.1 直立行走任務分解510

10.2.2 車模直立控制512

10.2.3 車模速度控制515

10.2.4 車模方向控制516

10.2.5 車模傾角測量517

10.2.6 車模直立行走控制算法總框架521

10.3 硬體電路及感測器安裝522

10.3.1 硬體電路整體概覽522

10.3.2 單片機最小系統MC9S12XS128MAL523

10.3.3 陀螺儀&加速度計模組524

10.3.4 電動機驅動模組525

10.3.5 編碼器及測速電路525

10.3.6 線性CCD模組528

10.3.7 輔助調試電路及電源設計529

10.3.8 車模整體裝配方案529

10.4 軟體算法設計參考530

10.4.1 整體控制流程530

10.4.2 MC9S12XS128MAL單片機資源分配532

10.4.3 直立控制537

10.4.4 速度控制538

10.4.5 方向控制函式540

10.4.6 電動機控制函式542

本章小結543

第11章 信標組實例544

11.1 信標組背景及其比賽規則544

11.2 整體方案設計544

11.3 機械結構與調整546

11.4 信標組攝像頭感測器簡述546

11.5 圖像信號採集處理547

11.5.1 圖像採集547

11.5.2 圖像噪點處理與信標位置的提取549

11.6 整體控制策略550

11.6.1 路徑選擇及最佳化551

11.6.2 驅動電動機PID控制552

11.6.3 轉向舵機控制553

附錄 歷屆競賽新規則概覽554

第十三屆競賽新規則概述554

晶片變化554

起跑線554

賽道邊界判定555

賽道元素改動——坡道555

賽道新元素——環島556

賽道新元素——顛簸路面556

比賽分組與車模限制557

第十屆競賽新規則概述557

晶片變化557

車輛運行方向變化557

電磁組使用雙車追逐形式557

燈塔起步與停車559

新賽道元素——直角轉彎561

新賽道元素——中心線561

賽道元素改動——障礙561

賽道元素改動——不對稱坡道562

參考文獻563