"飞思卡尔"杯智能汽车设计与实例教程.pdf

 

书籍描述

编辑推荐
《"飞思卡尔"杯智能汽车设计与实例教程》以智能汽车比赛为切入点,提炼出智能汽车比赛的技术精要,全方位阐述了一套完整的、具有自动控制功能的嵌入式系统方案设计蓝图,不仅适用于各个阶段研究智能汽车的读者,更可供嵌入式系统与自动控制相关专业的本科生、研究生用作参考资料。

作者简介
山东工商学院,副教授

目录
第1章竞赛简介
1.1竞赛与规则简介
1.1.1竞赛介绍
1.1.2竞赛规则
1.2历届承办单位及获奖情况
第2章智能汽车硬件设计
2.1供电模块电路设计
2.1.1单片机供电电路设计
2.1.2舵机供电电路设计
2.1.3特殊传感器的升压供电
2.1.4传感器等其他外设供电
2.2电动机驱动电路设计
2.2.1脉宽调制基本原理
2.2.2H桥的基本原理
2.2.3A车模、D车模电动机驱动方案
2.2.4B车模电动机驱动方案
2.3信号传递电路的设计
2.3.1电动机控制信号的电平转换与隔离
2.3.2传感器数据信号的电平转换
2.3.3舵机控制信号的隔离
2.4测速模块原理与电路设计
2.4.1光电脉冲测速原理
2.4.2低成本方案——光电码盘
2.4.3高精度方案——光电编码器
2.4.4第五轮测速方式
2.5辅助调试设备及其电路设计
2.5.1液晶显示
2.5.2矩阵键盘
2.5.3拨码开关
2.5.4串口通信
2.5.5无线通信
2.5.6SD卡读写
2.6主板外形设计
2.6.1A型车模主板设计参考
2.6.2B型车模主板设计参考
2.7PCB实体电路的设计
2.7.1元器件封装选择
2.7.2基于原理图设计实体电路
2.7.3电路抗干扰、防静电设计
2.7.4自制PCB的方法指导
本章小结
第3章智能汽车软件设计
3.1C语言核心内容与芯片编程规范
3.1.1C语言核心内容
3.1.2命名规则
3.1.3注释
3.1.4统一类型别名定义
3.1.5编码
3.2控制主程序
3.2.1摄像头组主程序设计
3.2.2电磁组与光电组主程序设计
3.2.3光电组主程序设计
3.3赛道信息的获取
3.3.1摄像头图像的获取
3.3.2电磁传感器信号的获取
3.3.3光电传感器信号的获取
3.4信号处理与赛道识别
3.4.1摄像头图像处理与赛道边沿识别
3.4.2电磁车信号放大与道边沿识别
3.4.3光电车信号处理与道边沿识别
3.5赛道分析与控制策略
3.5.1摄像头组
3.5.2电磁组及光电组
3.6起跑线的识别
3.6.1摄像头组
3.6.2电磁组
3.6.3光电组
3.7PID控制算法和应用
3.7.1PID控制算法
3.7.2PID控制在智能汽车上的实现
3.8其他控制算法和应用
3.8.1模糊控制
3.8.2赛道记忆算法
3.9计算机辅助调试
3.9.1开发软件介绍
3.9.2C#上位机获取图像
3.9.3MATLAB调试PID
3.9.4按键及显示屏模块
第4章智能汽车机械结构设计
4.1机械设计软件——PRO—ENGINEER
4.1.1简介
4.1.2历史版本
4.1.3主要模块
4.1.4主要特性
4.1.5Pro—Engineer在智能汽车上的应用
4.1.6用户关注热点
4.2智能汽车机械零件设计的一般步骤与准则
4.2.1相关概念
4.2.2设计机械零件的一般步骤
4.2.3设计机械零件的基本准则
4.3工具准备
4.3.1锯切工具——钢锯
4.3.2打孔工具
4.3.3支持定位工具——桌虎钳
4.3.4画线工具
4.3.5螺丝刀
4.3.6钳子
4.3.7粘连工具
4.4常用材料
4.4.1铝合金
4.4.2碳素纤维
4.4.3润滑剂
4.5智能汽车机械结构优化
4.5.1智能汽车的整体结构
4.5.2智能汽车防护保养与机械结构调整
4.5.3智能汽车转向结构调整
4.5.4智能汽车后轮结构调整
4.5.5赛道保养
第5章控制芯片
5.1MC9S12XS128芯片
5.1.1芯片简介
5.1.2时钟模块
5.1.3I/O模块及其应用
5.1.4计数器和定时器模块
5.1.5TIM模块的脉冲累加器
5.1.6脉冲调制解调模块(PWM)
5.1.7周期中断定时器(PIT)
5.1.8SCI总线
5.1.9模数转换模块(A/D)
5.2MCF52259芯片
5.2.1芯片简介
5.2.2时钟模块
5.2.3通用I/O口模块(GPIO)
5.2.4边沿中断检测模块(EPORT)
5.2.5中断管理模块
5.2.6可编程中断定时器模块(PIT)
5.2.7脉冲累加器模块
5.2.8舵机电动机控制模块(PWM)
5.2.9通用异步收发机模块
5.2.10模数转换模块(ADC)
5.3KINETISK60芯片
5.3.1芯片简介
5.3.2时钟模块
5.3.3多用途时钟信号发生器
5.3.4系统集成模块(SIM)
5.3.5可编程中断定时器(PIT)
5.3.6Flex定时器(FTM)
5.3.7通用输入/输出(GPIO)及引脚控制和中断
5.3.8引脚控制和中断寄存器
5.3.9UART异步串行通信
5.3.10模数转换器(ADC)
5.4MPC5604芯片
5.4.1芯片简介
5.4.2时钟模块
5.4.3简化系统接口单元(SIUL)
5.4.4中断管理模块
5.4.5增强模块化I/O子程序(eMIOS)
5.4.6可编程中断定时器(PIT)
5.4.7A/D转换模块(ADC)
……
第6章电磁车实例
第7章摄像头车实例
第8章光电车实例
参考文献

序言
前言
智能汽车是当今车辆工程领域研究的前沿,它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合,是未来汽车发展的趋势。全国大学生智能汽车竞赛对高校学生而言是一次难得的机遇和挑战。智能汽车竞赛涉及的知识较为宽泛,为了设计出性能优越的智能赛车,需要在赛车的设计开发过程中参考许多有价值的文献资料,不断学习,不断创新。
智能汽车竞赛考验参赛选手的综合能力,包括传感器的应用、电动机的应用、电路设计、自动控制原理、系统调试、机械结构设计等,将这些知识合理运用到智能汽车上是对选手的巨大挑战。对于竞赛选手来说,临场发挥对比赛成绩的好坏至关重要,及时制定并调整策略才能发挥出智能汽车的最大性能。
关于飞思卡尔微控制器
竞赛指定控制芯片为飞思卡尔系列芯片,飞思卡尔公司是嵌入式控制领域的全球带头人,是主要技术创新者,开发了首个基于Flash 存储 的MCU。

16位微控制器
飞思卡尔S12和S12X 微控制器可以为汽车和工业应用提供高性能的16位控制功能。S12X微控制器具有创新的XGATE模块,无须CPU干预即可处理中断事件。这让S12X控制器具备了通常在32位控制器上才有的高性能处理能力。16位产品组合也包括一系列的数字信号控制器(DSC),将微控制器功能与DSP性能合二为一,它们特别适合先进的电动机控制应用。

ColdFire微控制器
32位ColdFire嵌入式控制器系统架构不同于业内任何其他产品。这个丰富的MCU产品组合以工业应用为核心,具有优异的性能和外围设备选件,包括市场上超低功耗、段式和图形LCD、USB及以太网。凭借庞大的开发工具和设计资源生态系统的有力支持,广泛应用于消费和工业应用领域。

Kinetis ARM®微控制器
32位Kinetis MCU是业界最具扩展能力的ARM® Cortex-M4 MCU的出色代表。该产品组合先期推出的产品,包括5个系列 200 多款引脚、外设和软件都兼容的MCU,具有出色的性能、内存和功能扩展能力。由于采用了创新的90nm薄膜存储器(TFS)闪存技术,并带有独特的FlexMemory(可配置嵌入式E2PROM),Kinetis包含最新的低功耗创新技术和高性能、高精度的混合信号功能。Kinetis MCU还得到飞思卡尔和ARM第三方生态系统合作伙伴的领先市场的实施工具包的支持。

本书特色
1.实用性强
本书以实用性为原则,根据前几届参赛选手的亲身经历,通过“第一视角”向读者展示智能汽车制作与调试的精髓。
2.内容全面、系统、深入
本书涵盖了智能汽车制作的各方面知识点,向读者展示了一个完整的体系,尤其对技术盲点进行了深刻的解析,有利于读者继续研究学习。
3.源代码丰富
编者从事智能汽车研究多年,先后参加第五、六、七、八届“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛,多次获得省级奖、赛区奖及国家奖,本书收录了编者的长期制作与调试经验,向读者完全开放源代码,讲解精华程序,给读者呈现最具体、最实用的资料。

本书结构
全书共分为8章,其中第1章介绍全国大学生“飞思卡尔” 杯智能汽车竞赛概况与比赛规则。第2~4章分别从硬件设计、软件设计及机械结构设计给出智能汽车整体设计的框架。第5章对控制芯片的使用进行了详细描述,着重讲解了智能汽车比赛需要用到的各个模块,由于竞赛规定每个学校参赛队伍不得采用同一型号的控制芯片,因此挑选出四种适用于智能汽车竞赛的飞思卡尔系列芯片——MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604进行相应讲解。第6~8章根据编者自身的参赛经历,将完整的智能汽车制作过程收录在内,涵盖了电磁组、摄像头组及光电平衡组三个组别。

读者对象
智能车制作初学者
想进行技术提升的智能汽车参赛队员
嵌入式开发人员
自动控制研究人员
本科院校学生及研究生
科技爱好者

本书作者
本书由隋金雪、杨莉、张岩编著,参加编写的人员还有山东工商学院深蓝工作室(机器人协会)刘海锐、王庭蛟、王志翔、李惠彬、韩冰、邓鸿宇、刘鹏、董露露等。
鉴于作者水平有限,书中难免存在不足和错误之处,恳望读者提出宝贵建议和意见,以便再版时改进。

编 著 者

文摘
版权页:



插图:



当TSCR1寄存器中的TFFCA=1时,对PACNT寄存器的任何访问将清除PAFLG寄存器中的PAOVF标志和PAIF标志。在脉冲累加器未溢出时,程序可以随时读取计数寄存器PACNT来获得计数值,也可以写计数寄存器PACNT设定初始值。
注意:门控时间累加方式的时间基准为ECLK/64,它来自一个共用的分频器,该分频器受定时器控制寄存器TSCR1中控制位TEN的控制。因此这种方式要求定时器必须使能,即设置TEN=1,否则脉冲累加器无法得到计数脉冲。
虽然脉冲累加器是TIM模块的一个子系统,但控制位PAEN与TEN相互独立。当TEN:0时,只要满足PAEN=1且PAMOD=0,PACNT仍然可以对引脚的有效边沿计数。即使脉冲累力口器子系统关闭(PAEN=0),脉冲累加器的计数寄存器PACNT仍然可以访问,PACNT支持写操作,这为设置计数初值提供了方便。
由于输出比较通道7(OC7)与脉冲累加器共用同一个引脚,当定时器控制寄存器TCTL1中的控制位OM7和OL7或输出比较通道7屏蔽寄存器OC7M中的控制位OC7M7任意一个为1时,PT7将作为输出引脚。能够让脉冲累加器从PT7引脚收到独立输入信号的唯一办法是将OM7和OL7同时设定为0,然后再设置OC7M7=0,这样就切断了OC7与引脚的联系。

内容简介
本书以全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛为背景,讲述智能汽车设计的整体思路与技术难点,从器件选购到相关专业的知识讲解,全方面展示了智能汽车的实际制作与调试过程。本书共分为8章,第1章为全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛的总体介绍。第2~4章分别为硬件设计、软件设计及机械结构设计。第5章给出了飞思卡尔系列芯片相应模块的讲解,包括MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604。第6~8章给出了电磁、摄像头及光电三种组别智能汽车的实例制作过程。

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