光电智能车控制系统硬件设计与实现(附件)【字数：13096】
摘 要光电智能车已经在许多国家被倡导进行研发和开发设计，其已成为自动化物流运输，柔性生产组织的关键设备。如果开发成功，无论在军用、民用，还是太空探索等方面，光电智能车都将起到至关重要的作用。本课题以大学生智能车竞赛要求为基础，主要实现智能光电车的控制系统的硬件设计。本文以设计高效和稳定的光电智能小车为目的，讲述了设计光电智能车控制系统硬件设计的方案和调试方法。本课题采用MK60FX512VLQ15控制器，通过对监测到的图像进行硬件二值化的CMOS摄像头OV7725检测赛道信息，提取黑色引导线，以判断光电智能车的状态，并使用光电编码器检测光电智能车的电机转速作为速度反馈,用BTN7971芯片来驱动电机转动。考虑到提高光电智能车的高效性和稳定性，使用上位机，蓝牙模块，键盘，液晶模块等调试工具，并进行大量的硬件测试，使得光电智能车的各方面能够正常运行。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题的背景和意义 1
1.2.1课题背景 1
1.2.1课题意义 3
1.4论文结构 3
第二章 硬件系统的基本模块 4
2.1 硬件系统简介 4
2.2 电源模块 4
2.3 驱动模块 5
2.4 MK60FX512VLQ15主控模块 6
2.5 数字摄像头 8
2.6 编码器 9
2.7 FUTABA3010舵机 9
2.8 TFT液晶屏 11
第三章 硬件系统设计 12
3.1电路设计框图 12
3.2电源模块设计 12
3.2.1 电源开关指示保护 13
3.2.2 稳压模块 13
3.3电机驱动模块电路设计 15
3.4控制模块最小核心板 17
3.5主电路印制电路板设计 17
3.6系统调试 18
3.7本章小结 21
第四章 机械外观设计 22
4.1总体机械结构 22
4.2摄像头的安装 22
4.3电池的安装 23
4.4电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
路板的安装 24
4.5舵机的安装 24
4.6编码器的安装 25
4.7前轮定位 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录A：主电路板PCB设计图 31
第一章 绪论
1.1引言
课题的灵感源自全国大学生智能汽车的竞赛。该智能车竞赛由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展，从而也使得光电智能车为更多人所知。而本课题主要负责研究光电智能车的控制系统的硬件的设计与实现。
随着时代的进步，越来越多的智能产品已经被人类所研发，一些曾经只能幻想的画面也逐步被发展成为现实，其中就也包括无人驾驶的智能车。
在过去，主要是利用一些光电检测装置，来检测车辆周围的环境状况，例如障碍物、道路边界而最终作出判断和反应的还是驾驶人员。而所研究的所模拟的光电智能小车，就改变了这一状况，其主要表现为车速的反馈、光电智能车舵机控制电路以及能使光电智能车在不驶出赛道的前提下，尽可能快的行驶的控制策略。这一改变，将最终做出判断的终端变成了光电智能车本身，从而能够使无人驾驶技术更多的运用到实际生活当中，使光电智能小车真正做到智能、高效。
1.2课题的背景和意义
1.2.1课题背景
本论文以“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛为背景，挖掘、探讨其中光电组智能车在信息采集和无线通信系统等方面的设计。“飞思卡尔”杯智能车竞赛简介韩国是“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源地，韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办了这场著名的大学生课外科技竞赛。飞思卡尔的LOGO如图11所示。这场竞赛的硬件设备，如汽车模型、电机、舵机、可充电电池等由组委会提供统一，参赛队伍需要制作一个能够自行检测道路信息的智能车，最快绕跑道运行一圈且符合比赛要求的队伍为获胜者。为加强我国大学生的课外实践能力和团队协作能力的培养，丰富大学生的课余生活，促进高等教育的改革创新，我国在2006年举办了第一届”飞思卡尔”智能车大赛，至今已成功举办十二届。今年，”恩智浦”杯智能汽车大赛将在7月中旬拉开帷幕。
图11 飞思卡尔LOGO
目前 ，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。
现如今，智能车已经在许多国家被倡导进行研发和开发设计，其已成为自动化物流运输，柔性生产组织的关键设备，不光如此，在军用、民用、太空探索等方面，都可以使用到光电智能车的应用。该课题的最终目的在旨在加强光电智能车的应用，并提高其运行效率。
光电智能车主要涉及到自动化控制领域和传感器的反馈，目标各大高校都配置了智能车的环境，以培养有兴趣的学生的动手和编程能力。同时国内许多电子设计大赛也开始引入智能小车的比赛，其中最出名的是恩智浦杯，也就是原来的飞思卡尔杯，通过这些大赛，来提高学生的兴趣，同时也映射出当今智能化社会对智能小车应用的需求，其题目也不断加入新的要求，使得智能小车在被不断研究和开发中不断完善和进步。
智能小车是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进，这也是在开发中最重要的一部分。
全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题的背景和意义 1
1.2.1课题背景 1
1.2.1课题意义 3
1.4论文结构 3
第二章 硬件系统的基本模块 4
2.1 硬件系统简介 4
2.2 电源模块 4
2.3 驱动模块 5
2.4 MK60FX512VLQ15主控模块 6
2.5 数字摄像头 8
2.6 编码器 9
2.7 FUTABA3010舵机 9
2.8 TFT液晶屏 11
第三章 硬件系统设计 12
3.1电路设计框图 12
3.2电源模块设计 12
3.2.1 电源开关指示保护 13
3.2.2 稳压模块 13
3.3电机驱动模块电路设计 15
3.4控制模块最小核心板 17
3.5主电路印制电路板设计 17
3.6系统调试 18
3.7本章小结 21
第四章 机械外观设计 22
4.1总体机械结构 22
4.2摄像头的安装 22
4.3电池的安装 23
4.4电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
路板的安装 24
4.5舵机的安装 24
4.6编码器的安装 25
4.7前轮定位 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录A：主电路板PCB设计图 31
第一章 绪论
1.1引言
课题的灵感源自全国大学生智能汽车的竞赛。该智能车竞赛由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展，从而也使得光电智能车为更多人所知。而本课题主要负责研究光电智能车的控制系统的硬件的设计与实现。
随着时代的进步，越来越多的智能产品已经被人类所研发，一些曾经只能幻想的画面也逐步被发展成为现实，其中就也包括无人驾驶的智能车。
在过去，主要是利用一些光电检测装置，来检测车辆周围的环境状况，例如障碍物、道路边界而最终作出判断和反应的还是驾驶人员。而所研究的所模拟的光电智能小车，就改变了这一状况，其主要表现为车速的反馈、光电智能车舵机控制电路以及能使光电智能车在不驶出赛道的前提下，尽可能快的行驶的控制策略。这一改变，将最终做出判断的终端变成了光电智能车本身，从而能够使无人驾驶技术更多的运用到实际生活当中，使光电智能小车真正做到智能、高效。
1.2课题的背景和意义
1.2.1课题背景
本论文以“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛为背景，挖掘、探讨其中光电组智能车在信息采集和无线通信系统等方面的设计。“飞思卡尔”杯智能车竞赛简介韩国是“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源地，韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办了这场著名的大学生课外科技竞赛。飞思卡尔的LOGO如图11所示。这场竞赛的硬件设备，如汽车模型、电机、舵机、可充电电池等由组委会提供统一，参赛队伍需要制作一个能够自行检测道路信息的智能车，最快绕跑道运行一圈且符合比赛要求的队伍为获胜者。为加强我国大学生的课外实践能力和团队协作能力的培养，丰富大学生的课余生活，促进高等教育的改革创新，我国在2006年举办了第一届”飞思卡尔”智能车大赛，至今已成功举办十二届。今年，”恩智浦”杯智能汽车大赛将在7月中旬拉开帷幕。
图11 飞思卡尔LOGO
目前 ，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。
现如今，智能车已经在许多国家被倡导进行研发和开发设计，其已成为自动化物流运输，柔性生产组织的关键设备，不光如此，在军用、民用、太空探索等方面，都可以使用到光电智能车的应用。该课题的最终目的在旨在加强光电智能车的应用，并提高其运行效率。
光电智能车主要涉及到自动化控制领域和传感器的反馈，目标各大高校都配置了智能车的环境，以培养有兴趣的学生的动手和编程能力。同时国内许多电子设计大赛也开始引入智能小车的比赛，其中最出名的是恩智浦杯，也就是原来的飞思卡尔杯，通过这些大赛，来提高学生的兴趣，同时也映射出当今智能化社会对智能小车应用的需求，其题目也不断加入新的要求，使得智能小车在被不断研究和开发中不断完善和进步。
智能小车是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进，这也是在开发中最重要的一部分。
全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。
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