“恩智浦”杯智能汽车设计与实例教程PDF电子书下载

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历届竞赛承办单位及获奖情况 2

1.3历届竞赛变化趋势 4

第2章 智能汽车硬件设计 5

2.1供电模块电路设计 6

2.1.1单片机供电电路设计 6

2.1.2舵机供电电路设计 8

2.1.3特殊传感器的升压供电 10

2.1.4传感器等其他外设供电 12

2.2电动机驱动电路设计 13

2.2.1脉宽调制基本原理 13

2.2.2 H全桥的基本原理 15

2.2.3 A型车模、D型车模电动机驱动方案 16

2.2.4 B型车模电动机驱动方案 17

2.3信号传递电路的设计 20

2.3.1电动机控制信号的电平转换与隔离 21

2.3.2传感器数据信号的电平转换 23

2.3.3舵机控制信号的隔离 25

2.4测速模块原理与电路设计 26

2.4.1光电脉冲测速原理 26

2.4.2低成本方案——光电码盘 27

2.4.3高精度方案——光电编码器 29

2.4.4第五轮测速方式 30

2.5辅助调试设备及其电路设计 31

2.5.1液晶显示 31

2.5.2矩阵键盘 33

2.5.3拨码开关 34

2.5.4串口通信 35

2.5.5无线通信 37

2.5.6 SD卡读写 38

2.6主板外形设计 39

2.6.1 A型车模主板设计参考 39

2.6.2 B型车模主板设计参考 40

2.7 PCB实体电路设计 41

2.7.1元器件封装选择 41

2.7.2基于原理图设计实体电路 42

2.7.3电路抗干扰、防静电设计 45

2.7.4自制PCB的方法指导 46

本章小结 48

第3章 智能汽车软件设计 49

3.1 C语言核心内容与芯片编程规范 49

3.1.1 C语言核心内容 49

3.1.2命名规则 56

3.1.3注释 58

3.1.4统一类型别名定义 59

3.1.5编码 60

3.2控制主程序 61

3.2.1摄像头组主程序设计 61

3.2.2电磁组主程序设计 61

3.2.3光电组主程序设计 62

3.3赛道信息的获取 63

3.3.1摄像头图像的获取 63

3.3.2电磁传感器信号的获取 70

3.3.3光电传感器信号的获取 73

3.4信号处理与赛道识别 74

3.4.1摄像头组图像处理与赛道边沿识别 74

3.4.2电磁组信号放大与赛道边沿识别 76

3.4.3光电组信号处理与赛道边沿识别 77

3.5赛道分析与控制策略 77

3.5.1摄像头组 77

3.5.2电磁组及光电组 81

3.6起跑线的识别 81

3.6.1摄像头组 81

3.6.2电磁组 82

3.6.3光电组 83

3.7 PID控制算法和应用 84

3.7.1 PID控制算法 84

3.7.2 PID控制在智能汽车上的实现 88

3.8其他控制算法和应用 89

3.8.1模糊控制 89

3.8.2赛道记忆算法 91

3.9计算机辅助调试 91

3.9.1开发软件介绍 91

3.9.2 C＃上位机获取图像 92

3.9.3 MATLAB调试PID 92

3.9.4按键及显示屏模块 93

第4章 智能汽车机械结构设计 94

4.1机械设计软件——Pro-Engineer 94

4.1.1简介 94

4.1.2历史版本 94

4.1.3主要模块 95

4.1.4主要特性 95

4.1.5 Pro-Engineer在智能汽车上的应用 96

4.1.6用户关注热点 96

4.2智能汽车机械零件设计的一般步骤与准则 96

4.2.1相关概念 96

4.2.2设计机械零件的一般步骤 97

4.2.3设计机械零件的基本准则 97

4.3工具准备 99

4.3.1锯切工具——钢锯 99

4.3.2打孔工具 99

4.3.3支持定位工具——桌虎钳 101

4.3.4画线工具 102

4.3.5螺丝刀 102

4.3.6钳子 103

4.3.7粘连工具 103

4.4常用材料 105

4.4.1铝合金 105

4.4.2碳素纤维 105

4.4.3润滑剂 105

4.5智能汽车机械结构优化 106

4.5.1智能汽车的整体结构 106

4.5.2智能汽车防护保养与机械结构调整 108

4.5.3智能汽车转向结构调整 112

4.5.4智能汽车后轮结构调整 114

4.5.5赛道保养 115

第5章 控制芯片 116

5.1 MC9S 12XS 128芯片 117

5.1.1芯片简介 117

5.1.2时钟模块 117

5.1.3 I/O模块及其应用 126

5.1.4计数器和定时器模块 131

5.1.5 TIM模块的脉冲累加器 138

5.1.6脉冲调制解调模块 143

5.1.7周期中断定时器 150

5.1.8 SCI总线 156

5.1.9模数转换模块 162

5.2 MCF52259芯片 172

5.2.1芯片简介 172

5.2.2时钟模块 172

5.2.3通用I/O模块 177

5.2.4边沿中断检测模块 186

5.2.5中断管理模块 191

5.2.6可编程中断定时器 198

5.2.7脉冲累加器模块 202

5.2.8舵机电动机控制模块 204

5.2.9通用异步收发机模块 211

5.2.10模数转换模块 220

5.3 Kinetis K60芯片 231

5.3.1芯片简介 231

5.3.2时钟模块 231

5.3.3多用途时钟信号发生器 233

5.3.4系统集成模块 253

5.3.5可编程中断定时器 261

5.3.6 Flex定时器 264

5.3.7通用I/O模块 288

5.3.8引脚控制和中断寄存器 290

5.3.9 UART异步串行通信 314

5.3.10模数转换器 337

5.4 MPC5604芯片 363

5.4.1芯片简介 363

5.4.2时钟模块 364

5.4.3简化系统接口单元 379

5.4.4中断管理模块 398

5.4.5增强模块化I/O子程序 410

5.4.6可编程中断定时器 436

5.4.7模数转换模块 444

第6章 电磁车实例 453

6.1智能汽车竞赛电磁组背景 453

6.2电磁组传感器及路径检测设计参考方案 453

6.2.1磁场检测方法 453

6.2.2传感器模块设计 454

6.2.3信号滤波 459

6.2.4传感器的布局设计与调试 460

6.2.5电路板的静电保护 465

6.3车模整体控制策略 465

6.3.1速度控制策略 465

6.3.2转向控制策略 466

第7章 电磁节能车实例 467

7.1智能汽车竞赛电磁节能组背景 467

7.2硬件电路设计及车模的制作 467

7.2.1节能组车模的制作 468

7.2.2节能组硬件电路设计 471

7.2.3实车实例 475

7.2.4系统整体概述 475

7.3车模整体控制策略 476

7.3.1方向控制策略 476

7.3.2速度控制策略 477

7.4节能控制策略 478

7.5软件系统设计 479

7.5.1开发工具 479

7.5.2 PID控制算法 480

第8章 摄像头车实例 481

8.1摄像头传感器简述 481

8.1.1摄像头的选型 481

8.1.2 CCD摄像头的优势与缺陷 483

8.1.3 OV5116动态集成摄像头 484

8.2整体方案设计 485

8.3机械结构与调整 486

8.4系统架构与硬件设计 486

8.4.1模块划分及母板电路 486

8.4.2 CCD摄像头模块电路 487

8.4.3硬件二值化电路 489

8.5图像采集处理 490

8.5.1图像采集 490

8.5.2图像处理 493

8.6控制策略 494

8.6.1控制方案 494

8.6.2驱动电动机PID控制 496

8.6.3转向舵机控制 497

8.7难点突破与系统改进 497

8.7.1机械改进 497

8.7.2转向控制的优化 497

8.7.3车体的防护 498

8.8摄像头单车参考代码 498

第9章 摄像头双车实例 502

9.1摄像头双车设计思路 502

9.2摄像头双车硬件设计 503

9.3摄像头双车组的赛道识别 504

9.4控制策略 507

9.4.1超车策略 507

9.4.2冲点处理 509

9.5难点突破与系统改进 510

9.5.1单车性能提升 510

9.5.2超车过程优化 510

9.6摄像头双车组参考代码 511

第10章 自平衡车实例（光电组） 514

10.1自平衡组简介 514

10.2直立行走控制原理 514

10.2.1直立行走任务分解 514

10.2.2车模直立控制 516

10.2.3车模速度控制 519

10.2.4车模方向控制 520

10.2.5车模倾角测量 521

10.2.6车模直立行走控制算法总框架 525

10.3硬件电路及传感器安装 526

10.3.1硬件电路整体概览 526

10.3.2单片机最小系统MC9S 12XS 128MAL 527

10.3.3陀螺仪与加速度计模块 528

10.3.4电动机驱动模块 529

10.3.5编码器及测速电路 529

10.3.6线性CCD模块 532

10.3.7辅助调试电路及电源设计 533

10.3.8车模整体装配方案 533

10.4软件算法设计参考 534

10.4.1整体控制流程 534

10.4.2 MC9S 12XS 128MAL单片机资源分配 536

10.4.3直立控制 541

10.4.4速度控制 542

10.4.5方向控制函数 544

10.4.6电动机控制函数 546

本章小结 547

第11章 信标组实例 548

11.1信标组背景及竞赛规则 548

11.2整体方案设计 548

11.3机械结构与调整 550

11.4信标组摄像头传感器简述 550

11.5图像信号采集处理 551

11.5.1图像采集 551

11.5.2图像噪点处理与信标位置的提取 553

11.6整体控制策略 554

11.6.1路径选择及优化 555

11.6.2驱动电动机PID控制 556

11.6.3转向舵机控制 557

附录 历届竞赛新规则概览 558

第十三届竞赛新规则概述 558

芯片变化 558

起跑线 558

赛道边界判定 559

赛道元素改动——坡道 559

赛道新元素——环岛 560

赛道新元素——颠簸路面 560

比赛分组与车模限制 561

第十届竞赛新规则概述 561

芯片变化 561

车辆运行方向变化 561

电磁组使用双车追逐形式 561

灯塔起步与停车 563

新赛道元素——直角转弯 565

新赛道元素——中心线 565

赛道元素改动——障碍 565

赛道元素改动——不对称坡道 566

参考文献 567