第二章 智能车机械结构设计
2.1 智能汽车安装
2.1.1传球装置的安装
??在传球过程中，三轮车作为前车（传球车），需要在车前安装磁性较弱的磁铁，磁铁的强度既要保证球在车运行过程中不脱落，又要保证传球顺利进行。如图2.1。
2.2.3车模姿态传感器
??对于直立车，陀螺仪是非常关键的一个模块，要保证它因安装不牢而转动从而影响对车模姿态的检测，所以把它单独固定在车模底板上，然后用热熔胶固定，从而保证检测数据的可靠性。如图2.3所示。
第三章 智能车硬件电路设计
??印刷电路板（Printed-Circuit Board， PCB）是由环氧树脂粘合而成的镀了铜的玻璃纤维板。蚀刻掉部分镀铜，只留下以构成电路互连通路的铜层走线。 PCB 可以是单层、双层或者四层、六层、八层、十二层甚至更多。层数越多，连接的布线就越容易，但成本却越高，调试也越难。如果 PCB 有专用供电层和接地层，系统将会有更强的燥声抗扰度。在使用电子设计自动化软件（如 DXP）设计 PCB 时需注意以下几个方面的问题。
1 ． PCB 板布局
??在正式走线之前要对 PCB 的大体格局进行规划。 布局规划应遵循下列基本原则。
??（1）在 PCB 布板之前首先要打印出相应的原理图，然后根据原理图确定整个 PCB 板的大体布局，即各个硬件构件的位置安排。
??（2） PCB 板的形状如无其他要求，一般为矩形，长宽比为 4:3 或 3:2。
??（3）考虑面板上元件的放置要求。
??（4）考虑边缘接口。
2 ．元件放置
??（1）元件放置要求整齐， 尽可能正放， 属于同一硬件构件内的元件尽可能排放在一起。
??排列方位尽可能与原理图一致，布线方向最好与电路图走线方向一致。元器件在 PCB 上的排列可采用不规则、规则和 格等三种排列方式中的一种，也可同时采用多种。不规则排列：元件轴线方向彼此不一致，这对印制导线布设是方便的，且平面利用率高，分布参数小，特别对高频电路有利。规则排列：元器件轴线方向排列一致，布局美观整齐，但走线较长且复杂，适于低频电路。 格排列： 格排列中的每一个安装孔均设计在正方形 格交点上。布局的元器件应有利于发热元器件散热，高频时要考虑元器件之间的分布参数，高、低压之间要隔离，隔离距离与承受的耐压有关。
??（2）电容的位置要特别注意，其中电源模块的滤波电容要求靠近电源，而 IC 的滤波电容要靠近 IC 的引脚。
??（3）考虑元件间的距离，防止元件之间出现重叠。 还要考虑元器件的引脚间距，元器件不同，其引脚间距也不相同，在 PCB 设计中必须弄清楚元器件的引脚间距，因为它决定着焊盘放置间距。对于非标准器件的引脚间距的确定最直接的方法就是：使用游标卡尺进行测量。
??（4） PCB 四周留有 5-10mm 空隙不布器件。
??（5）先放置占用面积较大的元器件，先集成后分立，先主后次，多块集成电路时先放置主电路。
??（6）可调元件应放置在便于调节的地方，质量超过 15g 的元器件应当用支架，热敏元件应远离发热元件。 晶体应平放，而不要竖直放置。
??（7） PLL 滤波电路应尽量靠近 MCU。
3.1 主控芯片的选定
??本次比赛可供选用的芯片有M0和M3两款，M0为90MHZ，M3为120MHZ，由于前期没意识到芯片的重要性，和M3芯片的短缺问题，我们选择了M0芯片，M0芯片各个方面要逊色于M3这后来也成为了我们，提速的一大障碍。所以在这里建议大家若有较高的目标一定要选择性能好的主控芯片。
3.2电源设计
3.2.1 5v电源模块
??5v稳压模块，是基于SPX2940的设计，此电路包括了滤波，稳压的过程，SPX2940具有输出固定，响应快的特点，经过电容滤波，可以稳定输出5v电压，其电路图如图3.1所示。
3.2.3 运放的设计
??运放是采用了OPA-4377为基础的设计OPA377系列运算放大器是宽带CMOS放大器，可提供极低噪声，低输入偏置电流和低失调电压，同时工作在低电平静态电流为0.76mA（典型值）。OPA377运算放大器针对低电压，单电源应用进行了优化。交流和直流性能的出色组合使其成为各种应用的理想选择，包括小信 调理，音频和有源滤波器。四通道OPA4377采用TSSOP-14封装。其电路图如图3.3。
第四章 智能车控制软件设计说明
??三轮电磁车，首先进行各模块的初始化，在主函数while语句中实现拨码开关，按键的检测以及OLED的显示，主系统的周期为5ms，进入进行AD采值，数据处理，然后小车姿态数据采集，5ms控制一次电机工作。程序流程如图1所示。
5.2液晶屏、按键调试
??在小车的调试过程中需要不断地修改变量的值来达到整定参数的作用，对此我们选用了液晶配合按键和拨码开关的调试方法。此外，比赛的时候，修改参数我们同样用这个模块进行修改。
??液晶我们选用OLED液晶，该液晶具有以下特点：
???尺寸小，显示尺寸为0.96吋，而模块的尺寸约29.5mm29.5mm 。具有普通LCD无法比拟的体积的优势。
???高分辨率，分辨率为12864，显示效果远超过LCD。
???可以显示的数据更多，方便观察内部的变量的变化情况。
??但同时，它的缺点也是显而易见的：
???价格远高于普通LCD，易损坏，质量不如普通LCD；
???耗费更多的单片机资源，通过高精度示波器测量刷新时间，每刷新液晶屏幕上一个变量值需要耗时1ms，这对高精度的高实时性的智能车是最大的不利。
??最后，我们选用了OLED液晶，更加看重变量可显示个数和体积带来的优越。刷新变量的频率也是个巨大的问题，所以通常需要在软件中解决，一般在小车在行驶中，液晶屏幕通常是需要关闭的，只有需要修改参数或查看参数时才进行显示。液晶模块如图3所示：
第六章 总结
??自从决定参加第十六届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛以来，我们小组成员查找资料，设计机构，组装车模，编写程序，分析问题，智能车终于达到了稳定、快速、简单的性能目标，最终确定了我们的作品。
??在此份技术 告中，我们主要介绍了准备比赛时的基本思路，包括机械，电路，以及智能车的控制算法。
??在传感器布局，我们分析了前几届中出现的电感排布方法，综合考虑到程序的稳定性、简便性，我们最后敲定了现在的电感排布，并通过反复实践决定了传感器的数量和位置，在软件上不断完善控制算法，最终智能车在跑道上能稳定完成自主循迹行驶。
??在电路方面，我们以模块形式分类，在电源管理，电机驱动，接口，控制，信 采集，传感器这六个模块分别设计，在查找资料的基础上各准备了几套方案；然后我们分别实验，最后以 告中所提到的形式决定了我们最终的电路图。
??在算法方面，我们使用C语言编程，利用比赛推荐的开发工具调试程序，经过小组成员不断讨论、改进，终于设计出一套比较通用的，稳定的程序。在这套算法中，我们结合路况调整车速，做到直线加速，弯道减速，保证在最短时间跑完全程。
??在之前的备战过程中，场地和经费方面都得到了学校和系的大力支持，在此特别感谢一直支持和关注智能车比赛的学校和系领导以及各位指导老师、指导学长，同时也感谢比赛组委会能组织这样一项有意义的比赛。
??现在，面对即将到来的大赛，在历时近一年的充分准备以及东北赛区赛的考验之后，我们有信心在全国比赛中取得优异成绩。也许我们的知识还不够丰富，考虑问题也不够全面，但是这份技术 告作为我们小组辛勤汗水的结晶，凝聚着我们小组每个人的心血和智慧，随着它的诞生，这份经验将永伴我们一生，成为我们最珍贵的回忆。
[1] 刘南昌,李全,王宏,张楠. 基于单神经元PID 的直流电动机速度控制算法研究[J]. 五邑大学学 , 2011.8.15．
[2] 侯勇严,郭文强. 单神经元自适应PID 控制器设计方法研究[D]. 陕西咸阳. 陕西科技大学电气与电子工程学院.2003
[3] 王渊峰. Altium Designer 20电路设计标准教程[M] 科学出版 . 2012.1.1.
● 相关图表链接:
- 图1.1 整体结构框图
- 图2.1
- 图2.2
- 图2.3
- 图2.4
- 图3.1
- 图3.2
- 图3.3
- 图3.4
- 图 4.1
- 图5.2
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