引言

我国是机动车大国并非强国。据有关部门统计，截止2017年底，我国机动车保有量为3.10亿辆，每年消耗的汽油为6000万吨，大量的燃油消耗不仅加速化石燃料的枯竭，尾气的排放也造成相当严重的环境污染。然而我国新能源机动车保有160万辆，仅仅占0.7%，传统机动车转型升级的道路还很漫长。在面对即将到来的突发事故，仅依靠机动车驾驶员个人快速反应，逐渐不能满足人们对于安全出行的要求。如果机动车本身能够及时作出反应，就更能有效规避突发状况。因此机动车智能化问题开始引起人们的重视。控制系统开发相当于延伸了驾驶员的感知，扩展了驾驶员的执行控制功能，增加了道路交通安全。本文主要以“恩智浦”杯智能车汽车竞赛为背景，采用MK60单片机，综合电路资源，编写适当的程序，完成摄像头识别赛道元素，舵机转向以及电机转速的闭环控制，实现一款符合运行要求的光电智能车。

1.光电智能车设计要求

1.1 车模

本设计使用“恩智浦”杯智能汽车竞赛光电组C型车模。该车模采用后轮双电机驱动，电机型号RN-260，前轮由FUTABA3010舵机控制转向。

1.2 传感器

本设计使用面阵光电传感器进行赛道和环境检测。

1.3 赛道要求

比赛是在PVC赛道上进行，赛道采用黑色边线引导，赛道中存在的元素有直到、弯道、十字交叉路口、障碍、坡道、环形赛道。

1.4 比赛规则

选手制作的车模绕跑道行一周。比赛时间从车模冲过起跑线开始计时，到重新回到起跑线为止。如果车模没有停在起跑线后三米的停车区内，比赛时间加罚一秒钟。

车模在比赛时，需要安装一个计时磁标。车模制作时需要考虑安装位置。车模制作完成后，长度（包括传感器）不超过40cm，宽度不超过25cm，高度不超过40cm。

2.光电智能车系统硬件设计

2.1 核心模块

本系统选用了MK60单片机。这款32位的单片机由飞思卡尔半导体公司制造，搭载ARM Cortex M4内核，功能强劲，价格适中，在智能汽车竞赛中相当流行，且能在山外的淘宝店中直接购买。功能如下：

1、具有16位的ADC/DAC。

2、FTM。灵活的定时器（产生PWM，定时中断，或者脉冲捕捉及正交解码

3、TSI。触摸感应按键

4、通讯接口模块：UART，SPI，I2C，UART，CAN，SD。

5、PIT。周期性定时器，最简单的定时器，用于产生周期性中断。

6、RTC实时时钟。

7、DMA。最好用的DMA构件，支持所有通讯外设。

8、SD。SDIO构件，目前只支持SD卡。

9、WDOG看门狗。

10、GPIO。

11、LPTM。可产生定时中断，在智能车的制作过程中常用作对编码器的计数。

12、FLASH。内部FLASH操作函数。

13、SYS。（倍频NVIC配置）。

14、DELAY。（使用M4内核SYSTick做成的精准延时模块）。

2.2 电源模块

本系统各模块需要的电源包括7.2V，6V，5V，3.3V等，而比赛方只允许搭载7.2V电池，因此需要使用稳压芯片将7.2V转为合适的电压。

5V稳压模块，使用TPS7350稳压芯片。

3.3V稳压模块，使用稳压芯片。

6V稳压模块，使用LM1084ADJ稳压芯片。

2.3 传感器模块

2.3.1 摄像头

智能车对图像的分辨率要求并不高，但是对动态特性要求非常高，特别是小车在高速行驶入弯或者出弯的时候，图像变化较大，这就对摄像头的自动增益有较高的要求。一般来说，在摄像头图像发生突变时，感光芯片本身会有一段适应时间，这段时间要求越小越好，同时不需要彩色图像，OV7725能很好地满足要求。

2.3.2 编码器

电机的闭环控制需要实时检测车轮转速，通过增量式PID算法结合实时转速计算出目标转速。采用欧姆龙500编码器对电机进行测速，该编码器的分辨率为500P/R，满足对智能车转速的控制要求。

2.4 驱动电路

采用BTN7971来设计电机驱动电路。此驱动电路是经典的H桥控制电路，通过转换电机中电流的方向，使电机达到正反转的目的。在智能车竞赛中，此驱动电路能够满足智能车对速度的要求。

3.总结

文章来源：《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/qikandaodu/2021/0730/636.html