信标智能车场地信标和计时裁判系统硬件设计与实现(附件)【字数：6206】
摘 要 智能车竞赛是从2006开始，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，至今已经成功举办了十一届。 第十一届全国大学生智能车竞赛中新增了信标越野组，要求信标系统能够检测到小车是否靠近信标，若小车靠近信标则熄灭当前信标并点亮下一个信标，最后根据小车完成任务的时间作为比赛结果。 本文根据以上要求针对信标系统设计了一套解决方案，根据电磁感应原理通过信标周围的线圈检测小车是否靠近，单片机根据线圈反馈的信号给3-8线译码器输出地址信号，控制相应的信标亮或灭。该方案原理易懂，设计精简，能够满足赛前小车调试的需求和大赛要求。
Key words：Smart car competition; beacon; electromagnetic induction; 目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文的结构安排 2
第二章 信标设计的主要任务 3
2.1发射红光和红外光信号 3
2.2检测车模是否接近信标 3
2.3对比赛过程计时 3
第三章 系统功能实现 4
3.1硬件电路概述 4
3.2稳压电路 4
3.3信标选择电路 5
3.4LED电源开关电路 6
3.5频率发生电路 6
3.6恒流源电路 8
3.7车模靠近检测电路 8
3.8信号调理电路 9
结束语 12
致谢 13
参考文献 14
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
本课题主要研究和设计智能车的信标追踪，课题来源于第12届全国大学生“恩智浦杯”智能汽大赛的任务。智能车竞赛是从2006开始，至今已经成功举办了十一届，旨在培养和提高大学生模拟复杂工程问题的能力。在2016年第11届全国大学生“恩智浦杯”智能汽车竞赛中，我们项目小组成员杨焜同学带队电子学院参赛，取得华东赛区第一名、全国赛一等奖的好成绩，有非常扎实的项目设计功底和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
丰富的项目竞赛及管理经验。
智能车如图11所示。
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图11 智能车照片
第十一届大学生智能车竞赛中首次增加了信标越野组。信标越野的比赛采用是信标导引的方式进行比赛。在一块平整的场地上铺设蓝色的广告布，并在此场地的不同地方安放五个信标灯，小车根据传感器检测到的信号在场地上做定向运动。信标灯由灯座和一个透光半球型灯罩组成，放在内部的电路上有多个红色和红外LED发光二极管，可以通过单片机控制信标灯点亮或熄灭。小车可以通过光电传感器、摄像头等传感器辨别信标灯发射的红外光进行定位控制小车运动。由于信标灯是主动发射红外光信号，因此减少了环境中的光线对小车传感器的影响，故小车识别信号的准确性大大的提高了。
1.2课题研究的内容
国内每年一度广泛开展的大学生智能汽车竞赛是面向大学生的具有探索性的工程实践活动，第十一届全国大学生“恩智浦杯”智能车竞赛中首次加入了信标组的比赛内容，信标组的比赛场地是一块开放平整的区域，不再像传统比赛一样设罝跑道，而是在比赛场地内设罝五个信标灯，发射一定频率的红光和红外光线。同时，比赛场地内的五个信标只能有一个信标点亮，小车通过传感器确定信标位置并驶向信标，信标控制系统在控制信标的点亮顺序的同时对比赛过程进行计时。信标控制系统的原理为每当系统检测到小车驶入以正在点亮的信标为圆心的直径为45cm的圆的范围内时，控制系统熄灭当前信标并按照一定顺序点亮下一个信标，该赛题组赋予了智能小车比赛更加灵活的比赛方式和挑战难度。
参赛选手一方面需要制作符合比赛要求并能完成比赛车模，另一方面还需要制作信标来实现小车功能的凋试。本文的信标系统实现方案能够满足比赛时的要求，且操作简便易于实现，能够大大提高车模调试的效率。
我的毕业设计是我们学校重点团队课题的子课题之一，团队课题为信标追踪智能车的设计与实现，整个课题由三大部分组成：场地信标控制及计时裁判系统，车辆控制系统，信标与车辆位置信息采集与通信系统。我的课题为信标智能车场地信标和计时裁判系统硬件设计与实现。
1.3论文的结构安排
本论文是以全国大学生智能车竞赛信标组的比赛规则为基础，设计和制作一套符合比赛要求的信标系统，并且能够满足赛前智能车调试的需求。
本篇论文主要由三章构成：
第一章主要介绍了智能小车发展的背景和意义以及信标系统的要求。
第二章主要介绍了信标系统的主要任务。
第三章主要介绍了信标系统各部分电路的设计与实现。
最后是对这篇论文的结束语、致谢以及参考文献介绍。 第二章 信标设计的主要任务
2.1发射红光和红外光信号
每个信标都要求发射一定频率的红光和红外光信号，红光信号的闪烁频率为10Hz，红外光信号的闪烁率为40kHz。由于人眼无法识别红外光，信标发射红光信号目的是让车手和观众知道哪个信标在亮，发射的红外光信号是为了让小车检测和识别。
创意类中信标组场内信标结构如图21所示。
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图21 信标结构与参数
2.2检测车模是否接近信标
比赛规定当小车上的磁铁进入以信标为圆心的直径45厘米的圆的范围内时，认为小车已到达该信标。通过信标周围的线圈和相应电路，当小车进入范围时，线圈会反馈给单片机信号，完成检测。
比赛场地中使用的信标如图22所示。
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图22 信标结构与参数
2.3对比赛过程计时
比赛场地上共有5个信标，当小车上磁铁进入以信标为圆心的直径45厘米的圆的范围内时，当前信标熄灭，同时下一个信标点亮。要求信标系统记录第一信标点亮到第五个信标熄灭的时间，作为比赛成绩。 第三章 系统功能实现
Key words：Smart car competition; beacon; electromagnetic induction; 目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文的结构安排 2
第二章 信标设计的主要任务 3
2.1发射红光和红外光信号 3
2.2检测车模是否接近信标 3
2.3对比赛过程计时 3
第三章 系统功能实现 4
3.1硬件电路概述 4
3.2稳压电路 4
3.3信标选择电路 5
3.4LED电源开关电路 6
3.5频率发生电路 6
3.6恒流源电路 8
3.7车模靠近检测电路 8
3.8信号调理电路 9
结束语 12
致谢 13
参考文献 14
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
本课题主要研究和设计智能车的信标追踪，课题来源于第12届全国大学生“恩智浦杯”智能汽大赛的任务。智能车竞赛是从2006开始，至今已经成功举办了十一届，旨在培养和提高大学生模拟复杂工程问题的能力。在2016年第11届全国大学生“恩智浦杯”智能汽车竞赛中，我们项目小组成员杨焜同学带队电子学院参赛，取得华东赛区第一名、全国赛一等奖的好成绩，有非常扎实的项目设计功底和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
丰富的项目竞赛及管理经验。
智能车如图11所示。
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图11 智能车照片
第十一届大学生智能车竞赛中首次增加了信标越野组。信标越野的比赛采用是信标导引的方式进行比赛。在一块平整的场地上铺设蓝色的广告布，并在此场地的不同地方安放五个信标灯，小车根据传感器检测到的信号在场地上做定向运动。信标灯由灯座和一个透光半球型灯罩组成，放在内部的电路上有多个红色和红外LED发光二极管，可以通过单片机控制信标灯点亮或熄灭。小车可以通过光电传感器、摄像头等传感器辨别信标灯发射的红外光进行定位控制小车运动。由于信标灯是主动发射红外光信号，因此减少了环境中的光线对小车传感器的影响，故小车识别信号的准确性大大的提高了。
1.2课题研究的内容
国内每年一度广泛开展的大学生智能汽车竞赛是面向大学生的具有探索性的工程实践活动，第十一届全国大学生“恩智浦杯”智能车竞赛中首次加入了信标组的比赛内容，信标组的比赛场地是一块开放平整的区域，不再像传统比赛一样设罝跑道，而是在比赛场地内设罝五个信标灯，发射一定频率的红光和红外光线。同时，比赛场地内的五个信标只能有一个信标点亮，小车通过传感器确定信标位置并驶向信标，信标控制系统在控制信标的点亮顺序的同时对比赛过程进行计时。信标控制系统的原理为每当系统检测到小车驶入以正在点亮的信标为圆心的直径为45cm的圆的范围内时，控制系统熄灭当前信标并按照一定顺序点亮下一个信标，该赛题组赋予了智能小车比赛更加灵活的比赛方式和挑战难度。
参赛选手一方面需要制作符合比赛要求并能完成比赛车模，另一方面还需要制作信标来实现小车功能的凋试。本文的信标系统实现方案能够满足比赛时的要求，且操作简便易于实现，能够大大提高车模调试的效率。
我的毕业设计是我们学校重点团队课题的子课题之一，团队课题为信标追踪智能车的设计与实现，整个课题由三大部分组成：场地信标控制及计时裁判系统，车辆控制系统，信标与车辆位置信息采集与通信系统。我的课题为信标智能车场地信标和计时裁判系统硬件设计与实现。
1.3论文的结构安排
本论文是以全国大学生智能车竞赛信标组的比赛规则为基础，设计和制作一套符合比赛要求的信标系统，并且能够满足赛前智能车调试的需求。
本篇论文主要由三章构成：
第一章主要介绍了智能小车发展的背景和意义以及信标系统的要求。
第二章主要介绍了信标系统的主要任务。
第三章主要介绍了信标系统各部分电路的设计与实现。
最后是对这篇论文的结束语、致谢以及参考文献介绍。 第二章 信标设计的主要任务
2.1发射红光和红外光信号
每个信标都要求发射一定频率的红光和红外光信号，红光信号的闪烁频率为10Hz，红外光信号的闪烁率为40kHz。由于人眼无法识别红外光，信标发射红光信号目的是让车手和观众知道哪个信标在亮，发射的红外光信号是为了让小车检测和识别。
创意类中信标组场内信标结构如图21所示。
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图21 信标结构与参数
2.2检测车模是否接近信标
比赛规定当小车上的磁铁进入以信标为圆心的直径45厘米的圆的范围内时，认为小车已到达该信标。通过信标周围的线圈和相应电路，当小车进入范围时，线圈会反馈给单片机信号，完成检测。
比赛场地中使用的信标如图22所示。
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图22 信标结构与参数
2.3对比赛过程计时
比赛场地上共有5个信标，当小车上磁铁进入以信标为圆心的直径45厘米的圆的范围内时，当前信标熄灭，同时下一个信标点亮。要求信标系统记录第一信标点亮到第五个信标熄灭的时间，作为比赛成绩。 第三章 系统功能实现
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