“飛思卡爾”杯智慧型汽車設計與實例教程

“飛思卡爾”杯智慧型汽車設計與實例教程

本書以全國大學生“飛思卡爾”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,從器件選購到相關專業的知識講解,全方面展示了智慧型汽車的實際製作與調試過程。本書共分為8章,第1章為全國大學生飛思卡爾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章給出了飛思卡爾系列晶片相應模組的講解,包括MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604。第6~8章給出了電磁、攝像頭及光電三種組別智慧型汽車的實例製作過程。

基本介紹

  • 書名:"飛思卡爾"杯智慧型汽車設計與實例教程
  • 作者:隋金雪 楊莉
  • 出版社:電子工業出版社
  • 頁數:512頁
  • 開本:16
  • 品牌:電子工業出版社
  • 外文名:The Freescale Cup
  • 類型:體育
  • 出版日期:2014年1月1日
  • 語種:簡體中文
  • ISBN:7121218070
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,

基本介紹

內容簡介

《"飛思卡爾"杯智慧型汽車設計與實例教程》以智慧型汽車比賽為切入點,提煉出智慧型汽車比賽的技術精要,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,更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。

作者簡介

山東工商學院,副教授。輔導學生蘭辨永巴仔朽祝參加以自動化專業技術為主的全國大學生電子設計競賽、“飛思卡爾”杯智慧型汽車競賽,並多次獲得國家級獎項。 2013年指導的“深藍航速隊”獲“飛思卡爾”杯智慧型汽車競賽殼汗攝像頭組國家二等獎。

圖書目錄

第1章競賽簡介
1.1競賽與規則簡介
1.1.1競賽介紹
1.1.2競賽規則
1.2歷屆承辦單位及獲獎情況
第2章智慧型汽車硬體設計
2.1供電模組電路設計
2.1.1單片機供電電路設計
2.1.2舵機供電電路設計
2.1.3特殊感測器的升壓供電
2.1.4感測器等其他外設供電
2.2電動機驅動電路設計
2.2.1脈寬調製基本原理
2.2.2H橋的基本原理
2.2.3A車模、D車模電動機驅動方案
2.2.4B車模電動機驅動方案
2.3信號傳遞電路的設計
2.3.1電動機控制信號的電平轉換與隔離
2.3.2感測器數據信號的電平轉換
2.3.3舵機控制信號的隔離
2.4測頁探套速模組原理與電路設計
2.4.1光電脈衝測速原理
2.4.2低成本方案——光電碼盤
2.4.3高精度方案——光電編碼器
2.4.4第五輪測速方式
2.5輔助調試設備及其電路設計
2.5.1液晶顯示
2.5.2矩陣鍵盤
2.5.3撥碼開關
 嬸獄達 2.5.4串口通信
2.5.5無線通信
2.5.6SD卡讀寫
2.6主機板外形設計
2.6.1A型車模主機板設計參考
2.6.2B型車模主機板設計參考
2.7PCB實體電路的設計
2.7.1元器件封裝選擇
2.7.2基於原理圖設計實體電路
2.7.3電路抗干擾、防靜電設計
2.7.4自製PCB的方法指導
本章小結
第3章智慧型汽車軟體設計
3.1C語言核心內容與晶片編程規範
3.1.1C語言核心內容
3.1.2命名規則
3.1.3注釋
3.1.4統一類型別名定義
3.1.5編碼
3.2控制主程式
3.2.1攝像頭組主程式設計
3.2.2電磁組與光電組主程式設計
3.2.3光電組主程式設計
3.3賽道信息的獲取
3.3.1攝像頭圖像的獲取
3.3.2電磁感測器信號的獲取
3.3.3光電感測器信號的獲取
3.4信號處理與賽道識別
3.4.1攝像頭圖像處理與賽道邊沿識別
3.4.2電磁車信號放大與道邊沿識別
3.4.3光電車信號處理與道邊沿識別
3.5賽道分析與控制策略
3.5.1攝像頭組
3.5.2電磁組及光電組
3.6起跑線的識別
3.6.1攝像頭組
3.6.2電碑辣陵磁組
3.6.3光電組
3.7PID控制算法和套用
3.7.1PID控制算法
3.7.2PID控制在智慧型汽車上的實現
3.8其他控制算法和套用
3.8.1模糊控制
3.8.2賽道記憶算法
3.9計算機輔助調試
3.9.1開發軟體介紹
3.9.2C#上位機獲取圖像
3.9.3MATLAB調試PID
3.9.4按鍵及顯示屏模組
第4章智慧型汽車機械結構設計
4.1機械設計軟體——PRO—ENGINEER
4.1.1簡介
4.1.2歷史版本
4.1.3主要模組
4.1.4主要特性
4.1.5Pro—Engineer在智慧型汽車上的套用
4.1.6用戶關注熱點
4.2智慧型汽車機械零件設計的一般步驟與準則
4.2.1相關概念
4.2.2設計機械零件的一般步驟
4.2.3設計機械零件的基本準則
4.3工具準備
4.3.1鋸切工具——鋼鋸
4.3.2打孔工具
4.3.3支持定位工具——桌虎鉗
4.3.4畫線工具
4.3.5螺絲刀
4.3.6鉗子
4.3.7粘連工具
4.4常用材料
4.4.1鋁合金
4.4.2碳素纖維體整幾樂
4.4.3潤滑劑
4.5智慧型汽車機械結構最佳化
4.5.1智慧型汽車的整體結構
4.5.2智慧型汽車防護保養與機械結構調整
4.5.3智慧型汽車轉向結構調整
4.5.4智慧型汽車後輪結構調整
4.5.5賽道保養
第5章控制晶片
5.1MC9S12XS128晶片
5.1.1晶片簡介
5.1.2時鐘模組
5.1.3I/O模組及其套用
5.1.4計數器和定時器模組
5.1.5TIM模組的脈衝累加器
5.1.6脈衝調製解調模組(PWM)
5.1.7周期中斷定時器(PIT)
5.1.8SCI匯流排
5.1.9模數轉換模組(A/D)
5.2MCF52259晶片
5.2.1晶片簡介
5.2.2時鐘模組
5.2.3通用I/O口模組(GPIO)
5.2.4邊沿中斷檢測模組(EPORT)
5.2.5中斷管理模組
5.2.6可程式中斷定時器模組(PIT)
5.2.7脈衝累加器模組
5.2.8舵機電動機控制模組(PWM)
5.2.9通用異步收發機模組
5.2.10模數轉換模組(ADC)
5.3KINETISK60晶片
5.3.1晶片簡介
5.3.2時鐘模組
5.3.3多用途時鐘信號發生器
5.3.4系統集成模組(SIM)
5.3.5可程式中斷定時器(PIT)
5.3.6Flex定時器(FTM)
5.3.7通用輸入/輸出(GPIO)及引腳控制和中斷
5.3.8引腳控制和中斷暫存器
5.3.9UART異步串列通信
5.3.10模數轉換器(ADC)
5.4MPC5604晶片
5.4.1晶片簡介
5.4.2時鐘模組
5.4.3簡化系統接口單元(SIUL)
5.4.4中斷管理模組
5.4.5增強模組化I/O子程式(eMIOS)
5.4.6可程式中斷定時器(PIT)
5.4.7A/D轉換模組(ADC)
……
第6章電磁車實例
第7章攝像頭車實例
第8章光電車實例
參考文獻

序言

前言
智慧型汽車是當今車輛工程領域研究的前沿,它體現了車輛工程、人工智慧、自動控制、計算機等多個學科領域理論技術的交叉和綜合,是未來汽車發展的趨勢。全國大學生智慧型汽車競賽對高校學生而言是一次難得的機遇和挑戰。智慧型汽車競賽涉及的知識較為寬泛,為了設計出性能優越的智慧型賽車,需要在賽車的設計開發過程中參考許多有價值的文獻資料,不斷學習,不斷創新。
智慧型汽車競賽考驗參賽選手的綜合能力,包括感測器的套用、電動機的套用、電路設計、自動控制原理、系統調試、機械結構設計等,將這些知識合理運用到智慧型汽車上是對選手的巨大挑戰。對於競賽選手來說,臨場發揮對比賽成績的好壞至關重要,及時制定並調整策略才能發揮出智慧型汽車的最大性能。
關於飛思卡爾微控制器
競賽指定控制晶片為飛思卡爾系列晶片,飛思卡爾公司是嵌入式控制領域的全球帶頭人,是主要技術創新者,開發了首個基於Flash 存儲 的MCU。

16位微控制器
飛思卡爾S12和S12X 微控制器可以為汽車和工業套用提供高性能的16位控制功能。S12X微控制器具有創新的XGATE模組,無須CPU干預即可處理中斷事件。這讓S12X控制器具備了通常在32位控制器上才有的高性能處理能力。16位產品組合也包括一系列的數位訊號控制器(DSC),將微控制器功能與DSP性能合二為一,它們特別適合先進的電動機控制套用。

ColdFire微控制器
32位ColdFire嵌入式控制器系統架構不同於業內任何其他產品。這個豐富的MCU產品組合以工業套用為核心,具有優異的性能和外圍設備選件,包括市場上超低功耗、段式和圖形LCD、USB及乙太網。憑藉龐大的開發工具和設計資源生態系統的有力支持,廣泛套用於消費和工業套用領域。

Kinetis ARM®微控制器
32位Kinetis MCU是業界最具擴展能力的ARM® Cortex-M4 MCU的出色代表。該產品組合先期推出的產品,包括5個系列 200 多款引腳、外設和軟體都兼容的MCU,具有出色的性能、記憶體和功能擴展能力。由於採用了創新的90nm薄膜存儲器(TFS)快閃記憶體技術,並帶有獨特的FlexMemory(可配置嵌入式E2PROM),Kinetis包含最新的低功耗創新技術和高性能、高精度的混合信號功能。Kinetis MCU還得到飛思卡爾和ARM第三方生態系統合作夥伴的領先市場的實施工具包的支持。

本書特色
1.實用性強
本書以實用性為原則,根據前幾屆參賽選手的親身經歷,通過“第一視角”向讀者展示智慧型汽車製作與調試的精髓。
2.內容全面、系統、深入
本書涵蓋了智慧型汽車製作的各方面知識點,向讀者展示了一個完整的體系,尤其對技術盲點進行了深刻的解析,有利於讀者繼續研究學習。
3.原始碼豐富
編者從事智慧型汽車研究多年,先後參加第五、六、七、八屆“飛思卡爾”杯智慧型汽車競賽,多次獲得省級獎、賽區獎及國家獎,本書收錄了編者的長期製作與調試經驗,向讀者完全開放原始碼,講解精華程式,給讀者呈現最具體、最實用的資料。

本書結構
全書共分為8章,其中第1章介紹全國大學生“飛思卡爾” 杯智慧型汽車競賽概況與比賽規則。第2~4章分別從硬體設計、軟體設計及機械結構設計給出智慧型汽車整體設計的框架。第5章對控制晶片的使用進行了詳細描述,著重講解了智慧型汽車比賽需要用到的各個模組,由於競賽規定每個學校參賽隊伍不得採用同一型號的控制晶片,因此挑選出四種適用於智慧型汽車競賽的飛思卡爾系列晶片——MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604進行相應講解。第6~8章根據編者自身的參賽經歷,將完整的智慧型汽車製作過程收錄在內,涵蓋了電磁組、攝像頭組及光電平衡組三個組別。

讀者對象
智慧型車製作初學者
想進行技術提升的智慧型汽車參賽隊員
嵌入式開發人員
自動控制研究人員
本科院校學生及研究生
科技愛好者

本書作者
本書由隋金雪、楊莉、張岩編著,參加編寫的人員還有山東工商學院深藍工作室(機器人協會)劉海銳、王庭蛟、王志翔、李惠彬、韓冰、鄧鴻宇、劉鵬、董露露等。
鑒於作者水平有限,書中難免存在不足和錯誤之處,懇望讀者提出寶貴建議和意見,以便再版時改進。

編 著 者
  

序言

前言
智慧型汽車是當今車輛工程領域研究的前沿,它體現了車輛工程、人工智慧、自動控制、計算機等多個學科領域理論技術的交叉和綜合,是未來汽車發展的趨勢。全國大學生智慧型汽車競賽對高校學生而言是一次難得的機遇和挑戰。智慧型汽車競賽涉及的知識較為寬泛,為了設計出性能優越的智慧型賽車,需要在賽車的設計開發過程中參考許多有價值的文獻資料,不斷學習,不斷創新。
智慧型汽車競賽考驗參賽選手的綜合能力,包括感測器的套用、電動機的套用、電路設計、自動控制原理、系統調試、機械結構設計等,將這些知識合理運用到智慧型汽車上是對選手的巨大挑戰。對於競賽選手來說,臨場發揮對比賽成績的好壞至關重要,及時制定並調整策略才能發揮出智慧型汽車的最大性能。
關於飛思卡爾微控制器
競賽指定控制晶片為飛思卡爾系列晶片,飛思卡爾公司是嵌入式控制領域的全球帶頭人,是主要技術創新者,開發了首個基於Flash 存儲 的MCU。

16位微控制器
飛思卡爾S12和S12X 微控制器可以為汽車和工業套用提供高性能的16位控制功能。S12X微控制器具有創新的XGATE模組,無須CPU干預即可處理中斷事件。這讓S12X控制器具備了通常在32位控制器上才有的高性能處理能力。16位產品組合也包括一系列的數位訊號控制器(DSC),將微控制器功能與DSP性能合二為一,它們特別適合先進的電動機控制套用。

ColdFire微控制器
32位ColdFire嵌入式控制器系統架構不同於業內任何其他產品。這個豐富的MCU產品組合以工業套用為核心,具有優異的性能和外圍設備選件,包括市場上超低功耗、段式和圖形LCD、USB及乙太網。憑藉龐大的開發工具和設計資源生態系統的有力支持,廣泛套用於消費和工業套用領域。

Kinetis ARM®微控制器
32位Kinetis MCU是業界最具擴展能力的ARM® Cortex-M4 MCU的出色代表。該產品組合先期推出的產品,包括5個系列 200 多款引腳、外設和軟體都兼容的MCU,具有出色的性能、記憶體和功能擴展能力。由於採用了創新的90nm薄膜存儲器(TFS)快閃記憶體技術,並帶有獨特的FlexMemory(可配置嵌入式E2PROM),Kinetis包含最新的低功耗創新技術和高性能、高精度的混合信號功能。Kinetis MCU還得到飛思卡爾和ARM第三方生態系統合作夥伴的領先市場的實施工具包的支持。

本書特色
1.實用性強
本書以實用性為原則,根據前幾屆參賽選手的親身經歷,通過“第一視角”向讀者展示智慧型汽車製作與調試的精髓。
2.內容全面、系統、深入
本書涵蓋了智慧型汽車製作的各方面知識點,向讀者展示了一個完整的體系,尤其對技術盲點進行了深刻的解析,有利於讀者繼續研究學習。
3.原始碼豐富
編者從事智慧型汽車研究多年,先後參加第五、六、七、八屆“飛思卡爾”杯智慧型汽車競賽,多次獲得省級獎、賽區獎及國家獎,本書收錄了編者的長期製作與調試經驗,向讀者完全開放原始碼,講解精華程式,給讀者呈現最具體、最實用的資料。

本書結構
全書共分為8章,其中第1章介紹全國大學生“飛思卡爾” 杯智慧型汽車競賽概況與比賽規則。第2~4章分別從硬體設計、軟體設計及機械結構設計給出智慧型汽車整體設計的框架。第5章對控制晶片的使用進行了詳細描述,著重講解了智慧型汽車比賽需要用到的各個模組,由於競賽規定每個學校參賽隊伍不得採用同一型號的控制晶片,因此挑選出四種適用於智慧型汽車競賽的飛思卡爾系列晶片——MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604進行相應講解。第6~8章根據編者自身的參賽經歷,將完整的智慧型汽車製作過程收錄在內,涵蓋了電磁組、攝像頭組及光電平衡組三個組別。

讀者對象
智慧型車製作初學者
想進行技術提升的智慧型汽車參賽隊員
嵌入式開發人員
自動控制研究人員
本科院校學生及研究生
科技愛好者

本書作者
本書由隋金雪、楊莉、張岩編著,參加編寫的人員還有山東工商學院深藍工作室(機器人協會)劉海銳、王庭蛟、王志翔、李惠彬、韓冰、鄧鴻宇、劉鵬、董露露等。
鑒於作者水平有限,書中難免存在不足和錯誤之處,懇望讀者提出寶貴建議和意見,以便再版時改進。

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