学做智能车——飞思卡尔智能车比赛亲身经历

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本人将2年来制作智能车所有资料，教程和期间所遇到的问题全部一一呈现给大家，希望对智能车的新手有所帮助。用单片机实现小车智能控制，这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。制作过程对我来说的意义，不仅仅是学习前人的知识，还须将理论知识与实践相结合，对不同方案论证并提出自己的观点和看法。这样可提高了我们实际动手能力和独立思考的能力。其中最重要的是团队合作！分工合作可集思广益，大大提高了效率。虽然我前期资料准备十分丰富，但拙于计划，安排和缺乏实践，自我感觉很是失败。之前比赛过程虽显得很仓促，但我得到了很多远大于比赛的东西！

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我们得知参加比赛的时候，已经是10年3月份了。当时对车模制作一概不知，也不清楚这个比赛要干什么。
老师告诉我们比赛要尽力，好好锻炼和实践自己，为学校争光。。。过后我们到网上查有关车模比赛的东西，当时就傻眼了：小车模型、机械结构、小车硬件电路、16位单片机、程序算法、调试软件、BDM、比赛规则等等。
就连小车模型参数一大堆的都可以倒吸一口气的。更别说什么其他的了，车能否跑起来都不敢想，当时只求在老师帮助下，逐步完成。我们队伍一共3个人，其中一个和我一个班，平常关系感觉还行，另一个人是我们专业别的班的，不过有听说他单片机知识比较强。
接着我们去参加了本部（我是三本，算是一本开办的一个分院，分属两个校区）学校老师们开的一个有关车模比赛的会。会上老师告诉我们做车模要基础扎实，并且要投入大量的时间。不管学习再好，制作车模会多多少少影响学习，有碍与我们考试成绩。课程也不能拉下。能坚持到底是成功的关键。会上还进行了提问和交流，和我一个班的那个组员回答老师问题时很流利，我没有做声，一直在思考车模制作之后的之后。在我听到要投入大量时间，影响学习时，我心揪了下。我是个三本学生，平时成绩很差，年年挂科，听到本部的学生参加车模比赛还要进行专业课考试，我感到庆幸与犹豫。三本的几乎没人参加什么技术比赛，况且车模比赛在我们学院这里还是第一次参加。我很矛盾和犹豫，都怀疑自己能不能坚持到最后，会不会是属于半路退出的人。我都可以想到自己因为做车模考试全部挂掉，然后车模比赛也失败。我不是都完了吗？ 我徘徊了很久，直至会开完了，我们三个在回学校的路上我也还是在沉思，他们两个在不停谈论车模的事情，好像说是我们三本参加这个比赛就是去给学校打个声望，招更多人赚更多钱。还说我们把车模放到指导老师面前，然后说交给你了，让老师把车模做好，我们去参加比赛。他们边说边笑 ，我却笑不起来。我感觉到这是一个不小的担子，这是某种意义上对自己的挑战，我是很清楚自己的水平层次的。平时上课不听课，睡觉玩手机，每次到考试前才突击，考试也常作弊。对我们专业（我自动化专业）知识一窍不通，我连什么是开环和闭环都不知道，虽然后来只知道了这个。。。硬件电路、单片机和软件程序 更不敢想象。我在车模面前，就是一个十足的白痴，说我什么都不会一点也不假。电路原理我都没及格，数字电子技术和模拟电子技术早已忘干。我那天骂了自己是笨蛋。

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我们三个回到学校之后都各自分开了，在此之后的好一段时间里我们没有联系。谁也再没提过车模的事情。我不甘于自己什么都不做，坐等失败的结果。我暗自努力，在网上了解车模比赛及车模制作相关的知识。 开始找到是：飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛 http://www.smartcar.au.tsinghua.edu.cn/    这个是飞思卡尔智能车比赛的官网，里面有不少一手信息和资料。主要是信息与交流，尤其是比赛相关的。我在这里了解了 智能车竞赛的规则和车模类型，相关参数等十分有用的资料。之后我保持着经常来这个网站的习惯。不断学习与交流，不断提出问题，思考。 大概过了一个星期，我从我组另一个班组员那里得知了我们现在的这个论坛http://www.znczz.com/，我感觉自己好像井底之蛙，悔恨和感叹自己怎么没有及早发现这个论坛。我像一条鱼一样找到了大海，我注册一个账号之后，疯狂的下载资料，哪怕是自己不需要的，只要是相关的我就不放过。连续几天我一直再这个论坛，有时候一整天都在这个论坛。那时我好像不受自己控制，对知识的索取到了忘我的境界了，只有学习和思考。各种东西在我脑子里面翻腾。我懂得了一些东西，但还有更多我未知的东西，太多太多了。我不断充实自己，除了上课外别的一概事情我都不管了，一心扎在了车模上。那时感觉十分玄妙。我觉得自己很有干劲，有着很多力量没有使出来。饭量也比较大。

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就在那个时候，我渐渐地有了一个想法和感觉，我隐隐约约能觉得我可以让车跑起来，而且拿个名次。大约一星期左右，我们三个组员又去本部，这次是去见指导老师，我们很兴奋，都期盼着老师。有了老师指点和帮忙，会事半功倍的，这是我们的共识。带我们车模的是郑老师和孙老师，都是本学期我们专业的代课老师，很是熟悉。我有个大胆的想法，之前担心的挂科，现在有了余地了。起码这两位老师带的课我不用愁了。顿感轻松，我之前有想过一条路走到黑，即使挂科我也可以承受，极限时三四门。这是假期时间补救的极限。补考在开学。在老师这里，我知道了有三本书，十分重要的三本书！我之后拿去复印了，复印书很便宜，复印了三套，我们一人一套，大概30元钱。郑老师要求我们三个各自分组，比如一个负责硬件，一个负责软件，一个负责机械结构。。。

[1] 邵贝贝，单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2] 卓晴，黄开胜，邵贝贝等 学做智能车—挑战“飞思卡尔”杯[M]. 北京：北京航空航天出版社，2007.3
[3] 王威  HCS12微控制器原理及应用. 北京航空航天大学出版社 2007.

我就是从一种态度，两个论坛，三本书起家的。不过这里我没三本书的电子版，这里附上论坛里的一本智能车书（一共十章，29M大小）对新手也是有实用价值的。

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我之前说过，我对于专业知识是白痴一个，硬件软件都不知道，尤其是那个单片机。程序基础也不扎实，想当年（大一第二学期）我十分喜欢学习C语言，但是学习态度不端正，我喜欢那个教C语言的女老师，听课也比较认真。但最后临近考试了，我心不在焉，有几节课没去。最后一节课上老师让把之前交过的每次作业都订起来再交给她，要评什么成绩。我当时没在乎，后来别人都交了，我没交。考试的时候我很自信，我估计能答90分以上。根本不存在问题。那些题都是十分简单的。可是我失望了，很失望，成绩下来了我考了59，我认定是我作业没交而导致的后果，但没想到这么惨。来的这么伤心。这之后我没再没考C语言二级，也不接触C语言。我参加车模比赛已经是大三了，原来的东西早都忘差不多干净了，现在又提起了它。

老师说分组的时候，我比较失望，我本想一个人搞定车模的，我根本对他们没有信心，不抱什么希望。我认为只有自己可以控制自己，其他人变数太大。他们如果识相的话，帮助我一起做车模，如果不识相，就放弃，反正我也没指望他们什么。一切对我来说都没有什么损失的。 回去之后我们复印了那三本书，大约30元钱，一人一套。我仔细看了 学做智能车—挑战“飞思卡尔”杯 ，因为其他两本我看不懂，关于程序的。
大家都知道，新手刚开始做车模不知道从何下手。时间长了容易受挫，产生失败感。我是有过的体会的，不过是在后来了。
车模是一个复杂庞大的系统，主要分为硬件和软件系统，硬件比较简单实在，它很具体。而软件比较复杂，况且软件依托于硬件。所以我们先从硬件开始！ 硬件又分为了好几部分,有电源供电电路、路径识别电路（也就是传感器）、车速检测电路（测速光码盘或测速编码器）和直流驱动电路（使用MC33886或场效应管做的H桥）。这些里面电源供电电路最简单，常用的电源芯片就那么几个，使用典型电路（最简单最实用的，非常适合新手！！！）可以很快的实现 ，我把  学做智能车—挑战“飞思卡尔”杯  看了好几遍后把里面所有电源供电部分的电路图全部画了出来，弄在几张纸上，并把其中用到的所有元器件都罗列了出来，准备作出实物。
下面我把我用到的所有 元器件，主要是芯片 （电阻、电容、电感的就不说了）

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我把所画的电源电路图，根据书里面的描述的优点和缺点，与使用次数最多的。最终选出了几种十分常用的电源供电电路！ 以下是我自己做的PCB图，新手只看电路图就可以了。  凡是使用LM2940（5V）的，都是给单片机供电的。

小车所使用的电源由是7.2V 2000mAh Ni-cd可充电电池组提供，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，伺服电机工作电压范围4V到6V，直流电机可以使用电池直接供电。

由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。

5V电源模块用于为单片机系统、传感器模块等供电。常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575等）两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，而LM2575或LM2596-5，转换效率高，带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做单片机电源，不过对其它模块供电还是能保证充电的电源。利用LM2940-5和LM2575或LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。我们经过以下途径对其他几个模块进行供电。

（1）使用稳压芯片 LM2940 稳压，输出 5V 电压，分别对单片机和速度检测部分供电。

（2）使用稳压芯片 LM2575或LM2596-5 ，输出5V电压，对传感器进行供电。

（3）使用稳压芯片 LM2941、LM7806和LM1117稳压，输出 6V 电压，对舵机供电。 （A型车模，就是简单的那种，可以用7.2V电源直接供电，提高响应速度）

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就凭借这些电路图，我到电子市场去买元器件。当时是一个下午，我提出建议，我们组的三个人都去了。一路谈了很多车模的事情。这几天不见，我才发现，他们两个也对车模了解了不少。我只是略微惊讶了一下，而后便没什么反应了。我不屑于光说不做，虽然有时候我也这样。这就是所谓的自私吗？
到了电子市场之后已经离他们下班不远了，下班是五点半，我们去的时候是四点左右，初次去电子市场比较好奇，我们转了大半圈之后才决定去买。在一家店铺跟前我问价之后，我开始犹豫不决，但是我们的那个组员说：买就快买，不买就回，都快下班了，还磨蹭什么。我决定买了，把要的东西给他说了之后，才发现有不少东西他这里没有，像电源芯片如TPS，UPC 一类的，有些还是进口的。老板之后给我列了个清单，我才发现电子产品卖得真黑，网上我查的电阻，电容价格是0.几元的，有些还是0.0几元，到了电子市场这里直接最低0.2，有的0.5，还有的1.0， LM2940他卖6元，网上大都4.5元，我顿时揪心了，老板真黑，眼看下班了，组员又再催，我就忍下心来买了。 做完这件事之后我后悔了，每次想起都很后悔。有六个方面：
1.老板确实黑，卖价高，有点欺负学生的样子，我一开始不知道大概价格。
2.老板给我开了正规发票，我没在意这个发票的事情（发票一定要留好，这是报销的关键。在我们三本，没有发票（电子类的都是定额发票）不给报销，钱到头来就相当于自己掏的）。在这个之后我买东西只图便宜，没管老板要发票。。。
3.当时买电子元器件的时候，没有做到货比三家，电子市场里面虽然都是卖电子元器件的，但价格也有着些许的差异，有些元器件则差价很大，比如我们第一在一家店买的红外反射一体管，一个4元，买了8个。后来到另一个楼里，那里老板说自己是做批发的，他零卖一个才2元！ 价格差了一倍啊。以后我不断实践这个原则，
4.去买电子元器件的时候，我没有和那两个商量好，就直接来了，真是不应该。买电子元器件的钱是我一个人出的，这件事做得很是失败，也是我一个大教训。一个组做东西钱不可一人出。不然以后也摊到你头上了，钱这个东西很难说清楚。再说一个人出钱也是很不该的，后来我有时为了进度不得不去省着生活费去买电子材料。对组员我有不好意思开口，一是：我比较内向，不好意思开口。二是：不知道该怎么说（和一貌似一样）。三是：我比他们有钱。（我穿得很烂，但吃得很好，每次都下馆子）。虽然最后我支不住了，也没和他们多要，和我一个班那个出了200，另一个班的那个出了100左右。我一共出了1200。 这个很悬殊的。
5.没有和老师及时交流，尤其是我们三本这边的老师，本来我们去买东西，应该通知主管老师的。但我们自以为是规本部（一本）的管，也就没有在乎这事，后来才发现大错特错。谁出钱，谁是爷。归到底我们是三本的，还是三本出钱。没和学校老师商量是犯了大错（以后道明）。
6.没有认清人，包括组员和竞争伙伴，包括明的，潜在的。（以后再说。。。）

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买完电子元器件，我一身的轻松。我隐约感到一种冲动，恨不得马上就开始做硬件电路。毕竟等得时间太长了，3月2日我们得知要参加比赛，到3月22才去买的电子元器件。回去后，我一个人单干。不巧的是我刚开始准备做，那个和我一个班的就跑来说是和我一起做。我到那个时候才开始知道，我班的那个人根本就是个嘴子（嘴子指光说不做，还爱指挥人的那种），刚开始他还去了解车模比赛的相关东西，并在我们去开会、买元器件的路上吹嘘。我当时觉得他还懂点什么的。。。但我错了，错大了！ 我发现他在去老师那里开完会回来（3月8,9号吧），到3月22这段时间什么都没做，只是天天上网上到半夜，然后中午或者下午起来。每天除了上网吃饭就是睡觉。我真的是无语了。。。
当时飞思卡尔智能车报名的时候，他说让我带上他（之前对他印象还可以，因为他平时比较健谈，和我也偶尔聊聊。我是内向，常不喜欢说话的那种）。我们去老师办公室报名的时候，老师点中了他（他是系团总支的，平时和老师关系不错。）让他和我一组。  我现在也有点恨我们老师。（不是因为这个事，而是因为她曾经辱骂过我。我去办公室请假，她正在忙。她说请假要用一张信纸写的，我说不知道啊。她问我昨天开班会我去干啥了，她在班会上说过了。我说我也不知道我在干啥。她直接当着一堆同学的面，对我大声说“滚”。那一刻我记住了）
和我一个班的嘴子，当时看到我正准备焊接电路，屁颠屁颠地跟过来，说是有什么要帮的，还说给我打下手。我心里就在想了：你个傻X啊，你毛都不会一个，还来打下手，你连电路是什么都不知道吧？。 我纯粹是怀疑，他来所谓的帮忙，无非就是怕人说他闲话，说他不做。 对于某些人爱慕虚荣的心理我还是能满足他们的。   我让他做，你们猜怎么着？    ——他看着电路图 都不知道在电路板上如何连线！！！！  ——结果就是我给他费尽说，哪根线之间如何连，他才慢慢去连，每次还都问对不对。 ——这样连我自己焊都不如，他就是拉货，事实上就是！
这就是我之前说的，做车模失败的最后一点：没有认清人，而且是自己的组员。
等他在我的“指点”下，焊好了电路。我直接实验，成功了。立马通知了另一个组员（他和我不在一个班，我也不了解他），他来了之后，看了说。硬件电路挺简单的。（后来看来确实是很简单的，但我当时对他的说法有点不满，毕竟我一人费劲搞起来的，而他们什么都没做）。我问他，程序方面看得怎么样了，他说他正在看，东西多。他说想把基础的东西多看看。（后来才知道，他这一看倒好，直接看到学校里面的比赛的前两天了）。我当时听他语气，觉得他说得很没底气。我知道这是心虚。
我顿时才明白： 路漫漫其修远兮， 我的日子才开始，我的队伍才开始。以后再叙述多方面的困难。现在才开始。  

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在我把硬件部分的电源供电电路做好之后，开始准备弄传感器了。在一开始，我就知道有激光和红外的传感器。但是当时让自己给自己吓住了，以为激光是很高深的东西，需要长时间来仔细研究(其实我错了，根本没有对激光进行实际了解，一般在网上买的激光传感的，商家就会给你详细的电路图的，激光的难度只在于安装和调整，让接收管都可以接收到反射回来的激光。如果是一字型的，还涉及激光传感器分时工作及供电。如果是激光带转头的，得加一个控制转头的舵机，程序也需要改动。)。我开始整红外的。（主要是简单，二是便宜，容易实现，符合我心急的心理。）
红外传感器电路我找了很多个，但都不全，只有一部分。我找老办法把 学做智能车—挑战“飞思卡尔”杯  书上的电路图都弄下来，加上网上的一些传感器资料，自己慢慢看，为此还去学校图书馆借了几本有关的书。我感觉这个过程非常的漫长，但又过得很快！某一天我突然把红外的这些所有原理都搞明白了，一切都是那么了然，电路自己可以随意弄。我后来才知道，这就是所谓的突破。我当时用的红外传感器电路图如下：


红外发射管一般就是串联一个电阻R6（这个阻值是固定的），接收管一头接的那个电阻R7（也是固定的），一般可调电阻都选用10K的。这个是基本不变的，剩下的LM324主要是起信号放大的作用，主要是放大电流。 然后通过一个电阻R9（一般也是10K），将电流转成电压信号，再传入单片机的A/D转换接口，从而实现数据采集。至于R6，和R7 阻值多大，参见各个红外发射管/接收管的典型应用原理图。ST188的原理图如下：


图中R1和R2，相当于第一个图中的R6和R7！

这是我后来整理的激光传感器图以及一些资料，激光传感器是淘宝上买的。

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传感器做好的时候，我很兴奋，感觉离车跑起来不远了。我刚一做好，就急忙想去试验，我当时没用调试软件去看（当时连A/D转换都不知道怎么弄！）。就拿最简单的办法，用万用表测输出的高低电压。将传感器移动到带黑条的白纸上的时候，我很激动，等看到了来回跳动的高低电压，我却脑子一片空白，我竟然成功了，从个白痴变成了发明者，都是靠着自己的努力。这个做完之后我就放松了，虽然还差一个电机驱动，可那个我认为十分简单，我们开始打算就是用一片33886，做最简单的吗！  但是这一放松，一个电机驱动就做了两个星期！（确切上说是拖了2个星期！）

传感器做好的时候，我很兴奋，感觉离车跑起来不远了。我刚一做好，就急忙想去试验，我当时没用调试软件去看（当时连A/D转换都不知道怎么弄！）。就拿最简单的办法，用万用表测输出的高低电压。将传感器移动到带黑条的白纸上的时候，我很激动，等看到了来回跳动的高低电压，我却脑子一片空白，我竟然成功了，从个白痴变成了发明者，都是靠着自己的努力。这个做完之后我就放松了，虽然还差一个电机驱动，可那个我认为十分简单，我们开始打算就是用一片33886，做最简单的吗！  但是这一放松，一个电机驱动就做了两个星期！（确切上说是拖了2个星期！）

33886 作为一个单片电路H-桥，是理想的功率分流直流马达和双向推力电磁铁控制器. 它的集成电路包含内部逻辑控制,电荷泵,门控驱动,及低读选通(on) 金属-氧化物半导体场效应晶体管输出电路。33886 能够控制连续感应直流负载上升到5.0 安培，输出负载脉宽调制( PWM-ed)的频率可达10 千赫一个故障状态输出可以报告欠压,短路,过热的情况。两路独立输入控制两个半桥的推拉输出电路的输出. 两个无效输入使H-桥产生三态输出(呈现高阻抗)。

33886制定的参数范围是-40°C≤TA≤125 °C、5.0V≤V+≤28V。 集成电路也可以工作在40V通过降低规定的定额值。集成电路能够在表面安装带散热装置的电源组件。特点：

• 与MC33186DH1类似的增强特性

• 5.0 v至40 v连续运转

• 120 mΩ RDS(ON) H桥 MOSFETs

• TTL/CMOS兼容输入

• PWM的频率可达10千赫

• 通过内部常定时关闭对PWM有源电流限制(依靠降低温度的阈值)

• 输出短路保护

• 欠压关闭

• 故障状况报告

芯片的封装：

各个引脚的功能：

MC33886典型应用单路（十分重要！！）：

MC33886控制电机转向——真值表（十分重要！！）