智能汽车模型设计与制作
吴振宇
“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛简介
• 以自动导航技术、汽车电子技术为背景
• 涉及机械、电子、自动控制、计算机、模
式识别等多个学科
• 以飞思卡尔公司16位单片机S12为核心控制
器
• 根据原理不同分为光电组和摄像头组进行
比赛
使用摄像头的智能车（视频）
使用光电管的智能车（视频）
“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则
• 赛道规格：
赛道路面用专用白色基板制作，宽度
不小于600mm，跑道表面为白色，中心有
连续黑线作为引导线，黑线宽25mm。
赛道由弯道和直道组成，弯道曲率半
径不小于500mm，形状可能由任意弧组合
而成。
“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则
• 赛车运行规则：
赛车可在600mm宽的赛道内任意行驶，
可自行优化行驶轨迹，达到最优路径。但
赛车有两个轮胎同时离开跑到则认为违例，
按冲出赛道处理
“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛规则
• 附加要求：
赛道直线部分可以有坡度在15°之内的
坡面道路，包括上坡与下坡道路。
赛道中有交角为90°的交叉线。
另有形状类似的起始线。赛车必须能准确
识别起始线并在完整跑完1或2圈后自动停
下，否则将受到一定罚分。
关于S12系列单片机（MC9S12DG128为例）
• 飞思卡尔公司推出的面向汽车电子应
用的16位单片机
• 内置16通道10位高速AD转换器
• 强大的ECT增强型定时器模块，提供
输入捕捉、输出比较、脉冲计数、减
计数器等丰富的时钟/计数功能
关于S12系列单片机（MC9S12DG128为例）
• 内置多个SCI、SPI串行通信收发器
• 内置8路8位或4路16位PWM产生电路
• 高达89个可用IO
• 内置锁相环，可工作于高达64MHz的
内部总线频率
整体系统框图
S12系列单片机最小系统硬件的设计
S12系列单片机时钟部分设计
S12系列单片机复位电路
S12系列单片机BDM接口
S12系列单片机SCI-RS232电平转换电路
S12系列单片机的开发环境Codeworrior
debug
编
译
S12系列单片机的调试环境Hiwave
源代码窗口
变量监视窗口1
汇编代码窗口
寄存器监视窗口
内存监视窗口
调试命令窗口
变量监视窗口2
使用摄像头的智能车技术简介
• 摄像头的选型
–模拟类摄像头：
输出全电视信号，使用LM1881分离出行同步、
场同步信号，使用片内或外置AD或比较器进行
图像采集，由单片机进行后期处理，从图像中
分离出赛道信息，决策出车模的速度和转角。
优点：工作稳定、分辨率高、价格低廉
缺点：外围电路复杂，采集方法复杂
LM1881行场同步分离电路
使用摄像头的智能车技术简介
• 摄像头的选型
–数字类摄像头（以OV6620为例）：
内置高速AD转换器，按设定格式输出数字图
像。使用简单，无需多余的外围电路，单片机
可以直接接收到图像信息进行处理
优点：使用简单，速度快
缺点：价格昂贵，容易损坏，工作不稳定
OV6620数字摄像模块（c3088）简介
使用光电管的智能车技术简介
• 使用光电管预测赛道信息的基本原理：
–黑色和白色对光线的反射能力不同
• 具体实现方法：
–使用反射式发射接收对管，由发射管发射光波，
判断接收管接受到光的强度
• 需注意的问题：发射的光波最好避开可见光频段，如红
外光等，可避免环境光的干扰。如使用可见光，应使发
射强度明显高于环境光强，如使用激光，以区别环境光
线。也可使用调制发射的方法来克服环境干扰
使用光电管的智能车技术简介
• 光电管接收方式的分类：
–模拟式：直接采集接受管的电压，根据电压值
判断黑白线。此方法准确度较低，操作困难，
但可以大大提高反射式接收管的预测距离
–数字式：使用比较器根据事先设定的阈值用硬
件判断黑白线，单片机直接得到数字信号，且
准确度较高，不易出错。缺点是数字式预测距
离有限，距离大时将严重影响其精度。
• 可以结合以上两种方式判断赛道信息
采集接收管模拟电压的电路
迟滞比较器应用电路
电机控制方法简介
• 本车模使用组委会规定的微型直流电机，
它是牵引车模运动的唯一动力源。
• 通常使用H桥作为电机驱动电路，可实现正
转、反转与调速功能。
• 需使用PWM信号控制H桥给电机调速。
H桥驱动电机原理
H桥驱动电机原理-正反转
TD340+MOSFET构成的H桥
专用H桥MC33886
PWM技术原理简介
通过改变H桥某一路的导通时间来改变加载在电机
两侧的平均电压，从而即可达到调节电机出力的
目的
Vd=10%Vs
Vd=50%Vs
Vd=90%Vs
舵机控制方法简介
• 本车模使用组委会规定的舵机S3010作为车
模的转向装置。额定工作电压为4~6V。工
作电流约100mA，堵转电流很大，可能损坏
舵机。
• S3010采用周期为20ms左右的pwm信号控制
其转角。
• 舵机转角和pwm占空比近似呈线性关系，可
通过试验测定比例系数
速度检测部分硬件
