【智能車實驗平臺】
功能/作用介紹
簡介
大連理工大學(xué)創(chuàng)新實驗學(xué)院以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，堅持“厚實基礎(chǔ)、注重興趣、強(qiáng)調(diào)綜合、強(qiáng)化實驗、自主學(xué)習(xí)、提高能力、不斷創(chuàng)新”的創(chuàng)新教育理念，通過參加各實踐班的創(chuàng)新活動培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。學(xué)院下設(shè)機(jī)電、數(shù)模、軟件、多媒體、ACM、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)造發(fā)明等七個實踐班，這些實踐班的學(xué)生都通過一年級的基礎(chǔ)能力培訓(xùn)、二年級實踐及應(yīng)用加強(qiáng)，三年級后開始進(jìn)入特色研究室開展各類專題方面的研究。早期由于各班級開展的實踐內(nèi)容及研究方向不同，學(xué)生的專題選擇都集中在原實踐班的培養(yǎng)方向，綜合型復(fù)雜課題的研究通常都基于教師主導(dǎo)下的有限范圍，自主開展學(xué)科交叉的方向受到一定限制。
從2001年全國電子設(shè)計競賽中出現(xiàn)智能控制小汽車題型后，智能控制方向由于其互動及娛樂的特色吸引了很多學(xué)生，創(chuàng)新實驗學(xué)院逐步開展了Robocup小型組足球機(jī)器人、人形機(jī)器人、輪式機(jī)器人等實驗室的建設(shè)，在培養(yǎng)綜合型人才及精英人才方面有一些大膽嘗試，也取得了一些成果。但上述機(jī)器人實驗室規(guī)模比較小，學(xué)生參與總數(shù)受限，智能控制相關(guān)課題的開展無法完全滿足學(xué)生的需求。2006年全國智能車競賽開始實施，為推廣智能控制應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了廣闊的平臺，全國各高校都表現(xiàn)出極大的熱情，為推動競賽做了有益嘗試。
我校每年參加智能車的學(xué)生約有150人，他們中的部分對智能車的學(xué)習(xí)達(dá)到癡迷的程度，但仍然有一部分學(xué)生因為平臺、硬件條件、設(shè)施及入門基礎(chǔ)等等的因素未能堅持下來，同時在整個培訓(xùn)和學(xué)習(xí)過程中我們也逐漸看到由于基礎(chǔ)知識(軟、硬件)這個門檻使很多學(xué)生過早退出。為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，我們也做了大量嘗試，從單一功能模塊、核心板到例程，這些措施和方法都起到非常關(guān)鍵的作用，但每屆競賽結(jié)束后留給實驗室的可用模塊非常有限，管理上也帶來一定困擾。為了讓智能車實驗室及智能車團(tuán)隊模式良性發(fā)展，同時也改善智能車學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)入門問題，在總結(jié)歷屆技術(shù)經(jīng)驗和管理需求的基礎(chǔ)上，借助學(xué)校教改實驗平臺專項，秉承“勤儉節(jié)約，合理利用”資源的原則，我們設(shè)計并研發(fā)了智能車實驗平臺。為便于分階段學(xué)習(xí)，實驗平臺采用模塊和基本平臺結(jié)合的模式，并編寫了實驗講義，完善了電子教案，提升了基礎(chǔ)培訓(xùn)學(xué)習(xí)的效率，也便于實驗室管理。智能車開發(fā)平臺整體采用模塊化的集成思想，主要包含以下一些功能模塊：
1、核心板配置模式。平臺設(shè)計中創(chuàng)新性的實現(xiàn)了將XS128和K60兩種MCU統(tǒng)一接口、同平臺使用，增加了板子的通用性和實用性。
2、電機(jī)驅(qū)動模塊。使用BTS7960芯片，組成H橋驅(qū)動電路。通過單片機(jī)輸出PWM、EN、DIR等控制信號，控制電機(jī)速度、使能、方向等運(yùn)行狀態(tài)。
3、霍爾測速模塊。以霍爾芯片AS5040為主體搭建模塊。在電機(jī)前端固定磁鐵，電機(jī)帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)使芯片輸出脈沖，通過單片機(jī)讀取脈沖，并換算得到實際速度。
4、舵機(jī)驅(qū)動模塊。通過單片機(jī)輸出PWM，控制舵機(jī)高電平脈沖寬度進(jìn)而控制舵機(jī)動作。
5、SD卡模塊?？芍苯硬迦隨D卡，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲或讀取，可實現(xiàn)賽道信息實時存儲。
6、撥碼開關(guān)模塊。通過改變撥碼狀態(tài)，可進(jìn)行不同模式下的操作。
7、流水燈模塊。通過單片機(jī)IO口的狀態(tài)控制流水燈工作，以最簡單的方式，體現(xiàn)出IO口的作用。
8、串口通訊模塊。可通過串口傳輸數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)控制。
9、電磁傳感器模塊。電磁信號可直接接入，經(jīng)放大電路放大后，進(jìn)入AD采集，可直接模擬電磁車的信號采集過程。
10、CCD模塊?？芍苯咏尤隒CD，通過單片機(jī)采集信息，可直接模擬光電車的信號采集過程。
11、攝像頭模塊。包含F(xiàn)IFO、ADV7180等芯片，可直接完成模擬、數(shù)字?jǐn)z像頭的采集及解碼工作，可直接模擬攝像頭車的信號采集過程。
12、陀螺儀模塊。直接模擬直立車角度采集過程。
13、按鍵模塊。
14、LCD顯示模塊。
上述功能模塊包含了智能車設(shè)計的基本知識，通過功能驗證可以使學(xué)生快速掌握智能車設(shè)計相關(guān)基本傳感器、驅(qū)動器、測速等的控制和應(yīng)用，同時也可以學(xué)習(xí)到CCD、SD存儲、陀螺儀等器件的綜合性應(yīng)用，從根本上提升智能車設(shè)計中入門學(xué)習(xí)的效率。
總結(jié)往屆參加智能車培訓(xùn)的過程，新成員們只能通過分立的功能電路來逐步學(xué)習(xí)、了解智能車的硬件組成部分，不利于形成整體思考的模式。而本實驗平臺的整體化思想為新成員的學(xué)習(xí)提供了便利。這些特點主要體現(xiàn)在以下方面：
1、流水燈、按鍵、撥碼等簡單的功能模塊，可以使同學(xué)們首先從單片機(jī)的IO口操作進(jìn)行初步了解;
2、電機(jī)驅(qū)動、霍爾測速模塊可以使電機(jī)閉環(huán)速度反饋直觀的呈現(xiàn)在同學(xué)們眼前，并可通過在線調(diào)試直接調(diào)節(jié)PID控制參數(shù)，無需擔(dān)心因位置移動而引起的測速問題;
3、LCD液晶顯示模塊為各狀態(tài)參數(shù)的觀測提供了便利;
4、各傳感器模塊可直接模擬電磁、光電、攝像頭三個組別的傳感器采集過程，可直接了解各傳感器的工作狀態(tài)，無需等待車模搭建;
5、陀螺儀模塊的存在使角度參量直觀的表現(xiàn)出來，為直立車的平衡調(diào)試提供基礎(chǔ);
6、新成員可以通過實驗平臺了解各組別智能車的整體構(gòu)成，并為自己的硬件電路搭建提供參考。
智能車實驗平臺研發(fā)成型后得到學(xué)院的配套支持，并小規(guī)模生產(chǎn)20余套并應(yīng)用到智能車實驗室，能同時容納40人開展實踐教學(xué)。從2012年平臺研制成功后，每年約有150人經(jīng)歷了實驗平臺的培訓(xùn)并成為各種傳感器、驅(qū)動器、單片機(jī)等的應(yīng)用高手。2013年智能車實驗平臺成功推廣到大連民族學(xué)院智能車實驗室，在學(xué)生培訓(xùn)和應(yīng)用中得到肯定。智能車研究方向已經(jīng)成為我校機(jī)電相關(guān)方向?qū)W生所追求的目標(biāo)，并且對創(chuàng)新實踐中心及實踐基地其他班級實踐教學(xué)模式的改革也產(chǎn)生了非常重要的影響。
作品名稱：智能車實驗平臺
完成單位：大連理工大學(xué)
