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第1章 概述1

1.1 智能车竞赛背景1

1.1.1 汽车与汽车电子1

1.1.2 智能车研究意义2

1.1.3 智能与新能源3

1.2 国内外智能汽车研究与竞赛6

1.2.1 基于真实车辆6

1.2.2 基于模型车8

1.2.3 “飞思卡尔”杯智能车竞赛9

1.3 车模、规则和赛道概述10

1.3.1 车模10

1.3.2 规则12

1.3.3 赛道16

1.3.4 参考赛道22

第2章 机械系统及性能调校24

2.1 机械系统简介24

2.2 转向系统25

2.2.1 舵机转向结构25

2.2.2 阿克曼转角定律25

2.2.3 舵机固定方式26

2.2.4 转向系统设计27

2.2.5 转向类型28

2.3 行驶系统28

2.4 动力传动系统30

2.5 传感器固定支架31

2.6 整车系统及调校32

2.6.1 轮胎32

2.6.2 外廓尺寸33

2.6.3 质心位置调校35

2.6.4 悬架调校37

2.6.5 前轮定位参数调校38

2.6.6 直线行驶性能调校40

2.6.7 动力传动系统调校40

2.7 车模更改相关规定41

第3章 智能车总体设计与通用电路42

3.1 智能车分析42

3.2 总体设计43

3.2.1 摄像头组43

3.2.2 电磁组44

3.2.3 光电平衡组47

3.3 单片机最小系统板48

3.3.1 电源电路49

3.3.2 时钟电路49

3.3.3 复位电路52

3.3.4 JTAG接口电路53

3.4 电源系统53

3.4.1 线性电源53

3.4.2 开关电源54

第4章 飞思卡尔微控制器56

4.1 微控制器选择56

4.2 Kinetis系列微控制器57

4.2.1 概述57

4.2.2 K60系列58

4.2.3 KL25系列60

4.2.4 Kinetis EA系列61

4.3 16位微控制器S12X系列64

4.3.1 概述64

4.3.2 模块介绍65

4.4 ColdFire系列单片机69

4.4.1 概述69

4.4.2 蓝宙电子公司的ColdFire模块69

4.5 DSC系列单片机70

4.5.1 概述70

4.5.2 龙丘公司的MC56f8300单片机71

4.6 仿真器72

4.6.1 BDM仿真器72

4.6.2 JLINK73

第5章 编译环境和外设75

5.1 IDE概述75

5.2 Code Warrior76

5.2.1 新建工程76

5.2.2 工程概览81

5.3 单片机内部资源配置82

5.3.1 配置CPU82

5.3.2 GPIO的使用83

5.3.3 外部中断的使用85

5.3.4 定时／计数器的使用88

5.3.5 PWM90

5.3.6 通用异步串行口UART93

5.3.7 A/D转换器95

5.3.8 同步串行接口SPI98

5.3.9 I2C总线99

5.4 Keil μ Vision4101

第6章 电机与舵机驱动电路105

6.1 电机驱动电路概述105

6.1.1 单向控制电路105

6.1.2 可逆控制电路106

6.2 基于MC33886的电机驱动模式107

6.2.1 电机型号107

6.2.2 MC33886单片H桥驱动芯片108

6.2.3 单片MC33886应用电路111

6.3 基于BTS7960的电机驱动方案112

6.3.1 BTS7960的基本特征和内部框图112

6.3.2 封装与引脚114

6.3.3 应用电路115

6.4 基于普通MOS管电机驱动电路116

6.4.1 基于CMOS逻辑芯片驱动116

6.4.2 基于半桥驱动芯片方案117

6.5 转向模块——舵机119

6.5.1 基本原理119

6.5.2 Futaba S3010（A/C车模）120

6.5.3 S-D5数字舵机（B车模）120

第7章 赛道传感器及接口设计122

7.1 摄像头模块122

7.1.1 摄像头基础知识122

7.1.2 图像信号相关概念解释123

7.1.3 OV7620摄像头125

7.1.4 OV7620摄像头模块125

7.1.5 OV5116129

7.2 线性CCD模块133

7.2.1 TSL1401134

7.2.2 蓝宙线性CCD模块136

7.2.3 关于镜头和偏振片137

7.2.4 线性CCD使用中的一些问题137

7.3 电磁赛道传感器142

7.3.1 分立元器件电磁放大检波电路143

7.3.2 集成运放电磁放大检波电路143

第8章 通用传感器及接口设计146

8.1 测速模块——编码器146

8.1.1 基本原理146

8.1.2 欧姆龙双相编码器148

8.1.3 Mini512Z149

8.2 加速度传感器151

8.2.1 MMA7260引脚描述151

8.2.2 MMA7260的硬件设计152

8.2.3 MMA7260输出电压153

8.2.4 MMA7260使用方法155

8.3 陀螺仪155

8.3.1 陀螺仪应用156

8.3.2 加速度计与陀螺仪的数据融合157

8.4 磁场感应传感器158

8.4.1 干簧管158

8.4.2 霍尔传感器159

第9章 控制算法及平衡车实例163

9.1 PID控制163

9.1.1 位置式与增量式PID控制算法163

9.1.2 PID算法的改进形式165

9.1.3 PID参数调节技巧168

9.2 滤波算法168

9.3 卡尔曼滤波算法170

9.3.1 概述170

9.3.2 卡尔曼滤波应用实例171

9.4 PID实施方法（以平衡车控制为例）176

9.4.1 平衡车直立控制178

9.4.2 平衡车速度控制179

9.4.3 平衡车方向控制180

9.4.4 核心代码参考181

第10章 调试助手与系统调试185

10.1 调试方法的改进185

10.2 摄像头智能车的调试方法189

10.2.1 赛道提取189

10.2.2 十字路处理191

10.3 摄像头智能车控制策略194

10.3.1 改进的PD算法194

10.3.2 速度控制方案195

10.3.3 图像的采集196

10.3.4 阈值的动态计算197

10.4 电磁车调试中的问题198

10.4.1 归一化198

10.4.2 偏差计算方法199

10.4.3 信号丢失的处理方法203

10.4.4 弯道重叠问题203

参考文献205