　　《“飛思卡爾”杯智能汽車設計與實例教程》以全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽為背景，講述智能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，全方麵展示瞭智能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能汽車競賽的總體介紹。第2～4章分彆為硬件設計、軟件設計及機械結構設計。第5章給齣瞭飛思卡爾係列芯片相應模塊的講解，包括MC9SX128、MCF52259、KinetisK60及MPC5604。第6～8章給齣瞭電磁、攝像頭及光電三種組彆智能汽車的實例製作過程。

作者簡介

　　隋金雪，山東工商學院自動化係主任，副教授，近幾年多次指導學生參加全國大學生電子設計競賽、“飛思卡爾”杯智能汽車競賽獲得國傢級奬項。

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 曆屆承辦單位及獲奬情況
第2章智能汽車硬件設計
2.1 供電模塊電路設計
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 特殊傳感器的升壓供電
2.1.4 傳感器等其他外設供電
2.2 電動機驅動電路設計
2.2.1 脈寬調製基本原理
2.2.2 H橋的基本原理
2.2.3 A車模、D車模電動機驅動方案
2.2.4 B車模電動機驅動方案
2.3 信號傳遞電路的設計
2.3.1 電動機控製信號的電平轉換與隔離
2.3.2 傳感器數據信號的電平轉換
2.3.3 舵機控製信號的隔離
2.4 測速模塊原理與電路設計
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
2.5.4 串口通信
2.5.5 無綫通信
2.5.6 SD卡讀寫
2.6 主闆外形設計
2.6.1 A型車模主闆設計參考
2.6.2 B型車模主闆設計參考
2.7 PCB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 電路抗乾擾、防靜電設計
2.7.4 自製PCB的方法指導
本章小結
第3章智能汽車軟件設計
3.1 C語言核心內容與芯片編程規範
3.1.1 C語言核心內容
3.1.2 命名規則
3.1.3 注釋
3.1.4 統一類型彆名定義
3.1.5 編碼
3.2 控製主程序
3.2.1 攝像頭組主程序設計
3.2.2 電磁組與光電組主程序設計
3.2.3 光電組主程序設計
3.3 賽道信息的獲取
3.3.1 攝像頭圖像的獲取
3.3.2 電磁傳感器信號的獲取
3.3.3 光電傳感器信號的獲取
3.4 信號處理與賽道識彆
3.4.1 攝像頭圖像處理與賽道邊沿識彆
3.4.2 電磁車信號放大與道邊沿識彆
3.4.3 光電車信號處理與道邊沿識彆
3.5 賽道分析與控製策略
3.5.1 攝像頭組
3.5.2 電磁組及光電組
3.6 起跑綫的識彆
3.6.1 攝像頭組
3.6.2 電磁組
3.6.3 光電組
3.7 PID控製算法和應用
3.7.1 PID控製算法
3.7.2 PID控製在智能汽車上的實現
3.8 其他控製算法和應用
3.8.1 模糊控製
3.8.2 賽道記憶算法
3.9 計算機輔助調試
3.9.1 開發軟件介紹
3.9.2 C#上位機獲取圖像
3.9.3 MATLAB調試PID
3.9.4 按鍵及顯示屏模塊
第4章智能汽車機械結構設計
4.1 機械設計軟件--PRO-ENGINEER
4.1.1 簡介
4.1.2 曆史版本
4.1.3 主要模塊
4.1.4 主要特性
4.1.5 Pro-Engineer在智能汽車上的應用
4.1.6 用戶關注熱點
4.2 智能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 畫綫工具
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 鋁閤金
4.4.2 碳素縴維
4.4.3 潤滑劑
4.5 智能汽車機械結構優化
4.5.1 智能汽車的整體結構
4.5.2 智能汽車防護保養與機械結構調整
4.5.3 智能汽車轉嚮結構調整
4.5.4 智能汽車後輪結構調整
4.5.5 賽道保養
第5章控製芯片
5.1 MC9S12XS128芯片
5.1.1 芯片簡介
5.1.2 時鍾模塊
5.1.3 I/O模塊及其應用
5.1.4 計數器和定時器模塊
5.1.5 TIM模塊的脈衝纍加器
5.1.6 脈衝調製解調模塊（PWM）
5.1.7 周期中斷定時器（PIT）
5.1.8 SCI總綫
5.1.9 模數轉換模塊（A/D）
5.2 MCF52259芯片
5.2.1 芯片簡介
5.2.2 時鍾模塊
5.2.3 通用I/O口模塊（GPIO）
5.2.4 邊沿中斷檢測模塊（EPORT）
5.2.5 中斷管理模塊
5.2.6 可編程中斷定時器模塊（PIT）
5.2.7 脈衝纍加器模塊
5.2.8 舵機電動機控製模塊（PWM）
5.2.9 通用異步收發機模塊
5.2.10 模數轉換模塊（ADC）
5.3 KINETIS K60芯片
5.3.1 芯片簡介
5.3.2 時鍾模塊
5.3.3 多用途時鍾信號發生器
5.3.4 係統集成模塊（SIM）
5.3.5 可編程中斷定時器（PIT）
5.3.6 Flex定時器（FTM）
5.3.7 通用輸入/輸齣（GPIO）及引腳控製和中斷
5.3.8 引腳控製和中斷寄存器
5.3.9 UART異步串行通信
5.3.10 模數轉換器（ADC）
5.4 MPC5604芯片
5.4.1 芯片簡介
5.4.2 時鍾模塊
5.4.3 簡化係統接口單元（SIUL）
5.4.4 中斷管理模塊
5.4.5 增強模塊化I/O子程序（eMIOS）
5.4.6 可編程中斷定時器（PIT）
5.4.7 A/D轉換模塊（ADC）
第6章電磁車實例
6.1 智能汽車競賽電磁組背景
6.2 電磁組傳感器及路徑檢測設計參考方案
6.2.1 磁場檢測方法
6.2.2 傳感器模塊設計
6.2.3 信號濾波
6.2.4 傳感器的布局設計與調試
6.2.5 電路闆的靜電保護
6.3 車模整體控製策略
6.3.1 速度控製策略
6.3.2 轉嚮控製策略
第7章攝像頭車實例
7.1 攝像頭傳感器簡述
7.1.1 攝像頭的選型
7.1.2 CCD攝像頭的優勢與缺陷
7.1.3 OV5116動態集成攝像頭
7.2 整體方案設計
7.3 機械結構與調整
7.4 係統架構與硬件設計
7.4.1 模塊劃分及母闆電路
7.4.2 CCD攝像頭模塊電路
7.4.3 硬件二值化電路
7.5 圖像采集處理
7.5.1 圖像采集
7.5.2 圖像處理
7.6 控製策略
7.6.1 控製方案
7.6.2 驅動電動機PID控製
7.6.3 轉嚮舵機控製
7.7 難點突破與係統改進
7.7.1 機械改進
7.7.2 轉嚮控製的優化
7.7.3 車體的防護
7.8 參考代碼
第8章光電車實例
8.1 光電直立組簡介
8.2 直立行走控製原理
8.2.1 直立行走任務分解
8.2.2 車模直立控製
8.2.3 車模速度控製
8.2.4 車模方嚮控製
8.2.5 車模傾角測量
8.2.6 車模直立行走控製算法總圖
8.3 硬件電路及傳感器安裝
8.3.1 硬件電路整體概覽
8.3.2 單片機最小係統9S12XS128MAL
8.3.3 綫性CCD模塊
8.3.4 陀螺儀＆加速度計模塊
8.3.5 電動機驅動模塊
8.3.6 編碼器及測速電路
8.3.7 輔助調試及電源設計
8.3.8 車模整體裝配方案
8.4 軟件算法設計參考
8.4.1 整體控製流程
8.4.2 9S12XS128MAL單片機資源分配
8.4.3 直立控製
8.4.4 速度控製
8.4.5 方嚮控製函數
8.4.6 電動機控製函數
本章小結
參考文獻

前言/序言

　　智能汽車是當今車輛工程領域研究的前沿，它體現瞭車輛工程、人工智能、自動控製、計算機等多個學科領域理論技術的交叉和綜閤，是未來汽車發展的趨勢。全國大學生智能汽車競賽對高校學生而言是一次難得的機遇和挑戰。智能汽車競賽涉及的知識較為寬泛，為瞭設計齣性能優越的智能賽車，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。
　　智能汽車競賽考驗參賽選手的綜閤能力，包括傳感器的應用、電動機的應用、電路設計、自動控製原理、係統調試、機械結構設計等，將這些知識閤理運用到智能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，及時製定並調整策略纔能發揮齣智能汽車的最大性能。
　　關於飛思卡爾微控製器
　　競賽指定控製芯片為飛思卡爾係列芯片，飛思卡爾公司是嵌入式控製領域的全球帶頭人，是主要技術創新者，開發瞭首個基於Flash 存儲的MCU。
　　16位微控製器
　　飛思卡爾S12和S12X 微控製器可以為汽車和工業應用提供高性能的16位控製功能。S12X微控製器具有創新的XGATE模塊，無須CPU乾預即可處理中斷事件。這讓S12X控製器具備瞭通常在32位控製器上纔有的高性能處理能力。16位産品組閤也包括一係列的數字信號控製器（DSC），將微控製器功能與DSP性能閤二為一，它們特彆適閤先進的電動機控製應用。
　　ColdFire微控製器
　　32位ColdFire嵌入式控製器係統架構不同於業內任何其他産品。這個豐富的MCU産品組閤以工業應用為核心，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及以太網。憑藉龐大的開發工具和設計資源生態係統的有力支持，廣泛應用於消費和工業應用領域。
　　Kinetis ARM＆reg；微控製器
　　32位Kinetis MCU是業界最具擴展能力的ARM＆reg； Cortex-M4 MCU的齣色代錶。該産品組閤先期推齣的産品，包括5個係列 200 多款引腳、外設和軟件都兼容的MCU，具有齣色的性能、內存和功能擴展能力。由於采用瞭創新的90nm薄膜存儲器（TFS）閃存技術，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、高精度的混閤信號功能。Kinetis MCU還得到飛思卡爾和ARM第三方生態係統閤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曆，通過“第一視角”嚮讀者展示智能汽車製作與調試的精髓。
　　2．內容全麵、係統、深入
　　本書涵蓋瞭智能汽車製作的各方麵知識點，嚮讀者展示瞭一個完整的體係，尤其對技術盲點進行瞭深刻的解析，有利於讀者繼續研究學習。
　　3．源代碼豐富
　　編者從事智能汽車研究多年，先後參加第五、六、七、八屆“飛思卡爾”杯智能汽車競賽，多次獲得省級奬、賽區奬及國傢奬，本書收錄瞭編者的長期製作與調試經驗，嚮讀者完全開放源代碼，講解精華程序，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” 杯智能汽車競賽概況與比賽規則。第2～4章分彆從硬件設計、軟件設計及機械結構設計給齣智能汽車整體設計的框架。第5章對控製芯片的使用進行瞭詳細描述，著重講解瞭智能汽車比賽需要用到的各個模塊，由於競賽規定每個學校參賽隊伍不得采用同一型號的控製芯片，因此挑選齣四種適用於智能汽車競賽的飛思卡爾係列芯片——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曆，將完整的智能汽車製作過程收錄在內，涵蓋瞭電磁組、攝像頭組及光電平衡組三個組彆。
　　讀者對象
　　智能車製作初學者
　　想進行技術提升的智能汽車參賽隊員
　　嵌入式開發人員
　　自動控製研究人員
　　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、王誌翔、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，懇望讀者提齣寶貴建議和意見，以便再版時改進。
　　編著者