本書匯集了編者多年指導(dǎo)智能小車設(shè)計的案例和經(jīng)驗,依托模塊可替換的智能車實訓(xùn)平臺實現(xiàn)硬件電路原理及算法驗證。全書共分8章,第1章是智能車參賽平臺簡介,第2~6章按照由淺入深的原則,分模塊介紹智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計及相應(yīng)軟件驅(qū)動開發(fā),第7章介紹了智能車系統(tǒng)的控制策略,第8章介紹了人機交互接口和本實驗室設(shè)計的一款上位機調(diào)測實用軟件。
全國大學(xué)生智能車競賽是以智能車為研究對象的創(chuàng)意性科技競賽,是面向全國大學(xué)生具有探索性的工程實踐活動,是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競賽之一。競賽融科學(xué)性、趣味性和觀賞性為一體,是以迅猛發(fā)展、前景廣闊的汽車電子為背景,涵蓋自動控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械與汽車等多學(xué)科專業(yè)的創(chuàng)意性比賽。
編者從2006年第一屆智能車競賽開始,指導(dǎo)學(xué)生參加該項賽事,至今已成功參與十一屆。在指導(dǎo)學(xué)生參賽的過程中,始終存在一些解決起來較為棘手的共性問題。比如剛剛接觸智能車的學(xué)生,缺少相應(yīng)的基礎(chǔ)課程支撐,或僅有少量理論基礎(chǔ),入門難度較大,而已有的參考書籍或資料又大多注重系統(tǒng)性和完整性,內(nèi)容廣而范,導(dǎo)致學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)時覺得無處下手,進(jìn)而失去學(xué)習(xí)動力。
針對上述問題,編者總結(jié)這些年指導(dǎo)智能車設(shè)計的經(jīng)驗,結(jié)合學(xué)生需求開發(fā)了智能車調(diào)試實驗平臺,創(chuàng)新性地包含Kinetis和MC9S12兩個系列的主流微控制器,為學(xué)生提供全面的硬件基礎(chǔ)和更多的選擇空間。平臺采用模塊化設(shè)計,在標(biāo)準(zhǔn)接口下可實現(xiàn)逐級設(shè)計、模塊替換、漸進(jìn)組合,最終設(shè)計出自己的智能車全部組件。實驗平臺包含了電源管理、傳感器信號采集與調(diào)試、電機及舵機驅(qū)動等控制模塊和驅(qū)動電路,提供了設(shè)計智能車所需的全部電路單元,切實提升了學(xué)習(xí)效果。平臺本體的示教及互動功能可加深學(xué)生對智能車及嵌入式系統(tǒng)的認(rèn)識,提升對控制策略及方法研究的興趣,同時也促進(jìn)學(xué)生對自動控制應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí),深入理解智能車結(jié)構(gòu)建模、控制方法及算法的基本知識。
本書基于該實驗平臺進(jìn)行了原理和策略驗證,包括智能車硬件設(shè)計、智能車相關(guān)理論算法分析、自動控制理論基本知識等多方面、多層次的內(nèi)容,讓學(xué)生在實踐中提升對理論的理解深度,方便學(xué)習(xí)者進(jìn)一步開展控制算法及策略學(xué)習(xí)和研究。本書相關(guān)章節(jié)內(nèi)容在我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院的機電創(chuàng)新實踐班(智能車實驗室)以及遼寧重大裝備制造協(xié)同中心實驗班開課教學(xué),取得了良好教學(xué)效果。
本書共分為8章,第1章介紹智能車競賽與智能車,第2~6章按照由淺入深的邏輯,分模塊講解了智能車系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件開發(fā),第7章介紹了智能車算法設(shè)計,第8章介紹了智能車交互接口和一款實用的上位機調(diào)試軟件。
本書由大連理工大學(xué)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長吳振宇擬定大綱和目錄,統(tǒng)籌全書編寫。李勝銘完成了部分文檔收集和整理,智能車研究室的同學(xué)們幫助完成了實驗例程的編寫,特別感謝智能車實驗室的宋曦、黃佳卿、王東旭、王若、高元龍、張煜耀、連家鑫、吳凡、周小群、張淑慧、倪壯、張林、應(yīng)振強、劉柳、林清客、翟鵬飛、于海鵬、楊暉、潘建龍等同學(xué),郗萬武教授、杜猛、李航等老師為本書提出了很多寶貴意見和建議,在此向他們表示最衷心的感謝!
吳振宇,大連理工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長,中國電子教育學(xué)會理事,中國機器人大賽及ROBOCUP小型組委員,全國電子設(shè)計競賽遼寧賽區(qū)責(zé)任專家,長期從事智能控制、機器人、嵌入式應(yīng)用等方向的研究工作。先后完成電纜溝巡檢機器人、異形輪式機器人、六足異形足式機器人等項目,先后在國內(nèi)外期刊及國際會議發(fā)表論文50余篇,負(fù)責(zé)的智能車團隊在全國大學(xué)生智能汽車競賽、電子設(shè)計競賽中多次獲得一等獎。2015年指導(dǎo)學(xué)生獲得全國電子設(shè)計競賽獎“瑞薩杯”,多次獲得挑戰(zhàn)杯、全國電子設(shè)計競賽、全國“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的教師獎,2016年獲得寶鋼教育教師獎。
第1章 智能車競賽與智能車簡介
1.1 “飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽簡介
1.1.1 “飛思卡爾”杯智能車競賽介紹
1.1.2 智能車競賽規(guī)則介紹
習(xí)題
1.2 智能車系統(tǒng)構(gòu)成介紹
1.2.1 智能車的機械組成
1.2.2 智能車的硬件組成
1.2.3 智能車的軟件實現(xiàn)
習(xí)題
第2章 智能車的基本硬件電路
2.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計
2.1.1 電源分類
2.1.2 線性穩(wěn)壓電路設(shè)計
2.1.3 開關(guān)穩(wěn)壓電路設(shè)計
2.1.4 基準(zhǔn)電壓電路設(shè)計
習(xí)題
2.2 微控制器最小系統(tǒng)板設(shè)計
2.2.1 MC9S12XS系列微控制器簡介
2.2.2 MC9S12XS微控制器最小系統(tǒng)板設(shè)計
2.2.3 Kinetis K60微控制器介紹
2.2.4 K60微控制器最小系統(tǒng)板設(shè)計
習(xí)題
第3章 軟件平臺的安裝和使用
3.1 軟件平臺的介紹與安裝
3.1.1 Codewarfior集成開發(fā)環(huán)境的安裝
3.1.2 LJSBDM仿真器驅(qū)動的安裝
3.1.3 IAR集成開發(fā)環(huán)境的安裝
3.1.4 J.Link仿真器驅(qū)動的安裝
習(xí)題
3.2 系統(tǒng)工程的建立與仿真調(diào)試
3.2.1 Codewarrior環(huán)境下建立新工程
3.2.2 使用LISBDM下載調(diào)試程序
3.2.3 IAR環(huán)境下建立新工程
3.2.4 J.Link的下載調(diào)試程序功能
習(xí)題
3.3 系統(tǒng)時鐘設(shè)置
3.3.1 微控制器時鐘模塊簡介
3.3.2 MC9S12XS微控制器的時鐘設(shè)置
3.3.3 Kinetis K60微控制器的時鐘設(shè)置
習(xí)題
3.4 GPIO的使用實例
3.4.1 GPIO的功能介紹
3.4.2 MC9S12XS微控制器GPIO編程實例
3.4.3 Kinetis K60微控制器GPIO編程實例
習(xí)題
第4章 執(zhí)行機構(gòu)及其驅(qū)動
4.1 電機驅(qū)動的實現(xiàn)
4.1.1 電機驅(qū)動電路的設(shè)計
4.1.2 脈沖寬度調(diào)制
4.1.3 MC9S12XS微控制器PWM的實現(xiàn)
4.1.4 Kinetis K60微控制器PWM的實現(xiàn)
習(xí)題
4.2 舵機驅(qū)動的實現(xiàn)
4.2.1 舵機驅(qū)動原理
4.2.2 MC9S12XS微控制器舵機驅(qū)動程序的實現(xiàn)
4.2.3 Kinetis K60微控制器舵機驅(qū)動程序的實現(xiàn)
習(xí)題
第5章 賽道識別
5.1 攝像頭的應(yīng)用
5.1.1 模擬攝像頭的介紹
5.1.2 數(shù)字?jǐn)z像頭的介紹
5.1.3 MC9S12XS微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
5.1.4 Kinetis K60微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
習(xí)題
5.2 光電傳感器的應(yīng)用
5.2.1 光電傳感器的介紹
5.2.2 MC9S12XS微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
5.2.3 Kinetis K60微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
習(xí)題
5.3 電磁傳感器的應(yīng)用
5.3.1 電磁傳感器簡介
5.3.2 Mc9S12XS微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
5.3.3 Kinetis K60微控制器底層驅(qū)動程序設(shè)計
習(xí)題
第6章 測速和慣性傳感器
6.1 測速功能設(shè)計與實現(xiàn)
6.1.1 測速方案的選擇
6.1.2 MC9S12XS微控制器測速功能的實現(xiàn)
6.1.3 KJnetis K60微控制器測速功能的實現(xiàn)
習(xí)題
6.2 慣性傳感器的應(yīng)用
6.2.1 加速度傳感器介紹
6.2.2 陀螺儀傳感器介紹
6.2.3 IIc接口程序的實現(xiàn)
習(xí)題
第7章 智能車算法設(shè)計
7.1 路徑識別算法的實現(xiàn)
7.1.1 攝像頭類別算法設(shè)計
7.1.2 光電類識別算法設(shè)計
7.1.3 電磁類別算法設(shè)計
習(xí)題
7.2 控制算法設(shè)計
7.2.1 PID控制理論介紹
7.2.2 速度閉環(huán)控制
7.2.3 轉(zhuǎn)向控制策略
7.2.4 直立車控制算法
習(xí)題
第8章 智能車交互接口和調(diào)試軟件
8.1 人機接口設(shè)計
8.1.1 按鍵及撥碼開關(guān)設(shè)計
8.1.2 液晶屏電路設(shè)計
8.1.3 串行通信接口電路
8.1.4 無線通信電路設(shè)計
8.1.5 存儲電路設(shè)計
習(xí)題
8.2 智能車數(shù)據(jù)分析軟件的使用說明
8.2.1 軟件簡介
8.2.2 軟件使用功能說明
8.2.3 軟件下位機的實現(xiàn)說明
習(xí)題
參考文獻(xiàn)