1．4  大学生智能汽车竞赛简介

Freescale举办的全国大学生智能汽车竞赛是基于飞思卡尔控制芯片的智能汽车自主循迹的竞赛。竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件[10]。

第八届飞思卡尔智能车光电组的设计要求与前几届的最大的变化是要求车模能够实现直立行走，而其原型是近年来兴起的单轴双轮自平衡车。两轮自平衡小车作为移动机器人的一种，是一个高度不稳定的系统，其关键问题是解决直立、前进、后退、加速、减速和制动等问题。

南京理工大学从第一届比赛开始就一直参加这项比赛，并且取得了较好的成绩。图1.3所示的是第七届全国大学生智能车比赛的现场。

飞思卡尔”全国大学生智能车比赛现场

1．5  本文主要研究内容和组织结构

本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，为保证智能车具有快捷的速度、清晰的前瞻以及良好的稳定性，主要从硬件电路以及机械结构方面做了以下工作： 

（1）对车模进行了机械结构的调整，加固地盘、调整重心、光电传感器安装、角度传感器安装、速度传感器安装和电路板安装等。

（2）制定光电导引智能车硬件电路设计方案，包括单片机端口资源分配、各模块工作原理分析、传感器和芯片选型。为了便于调试和维护，硬件电路采用模块化设计思想，将各功能模块化设计，最终构成完整的硬件系统。

（3）综合电磁兼容性技术（EMC），根据课题设计需要，制作智能车整套PCB 电路板。

（4）对各电路板进行分块测试，最终进行系统联调，并在调试过程中不断改进。

本文结构安排如下：

第一章，引言。主要介绍了本课题研究背景、国内外智能车发展现状、智能车相关技术分析、全国大学生“飞思卡尔”杯智能车比赛介绍以及本文研究内容以及本论文的文章结构。

第二章，光电导引智能车控制系统硬件总体设计。包括系统分析、智能车控制系统组成、各模块功能介绍、各传感器及芯片的选型和控制系统工作原理。

第三章，光电导引智能车控制系统硬件分析与印制电路板的设计制作。详细介绍了各电路功能模块中电子元器件的选型，已经电路的原理论证与设计。结合PCB 设计经典理论，根据PCB 设计的一般流程以及本系统所设计电路板的特点，设计制作PCB板。文献综述

第四章，智能车机械机构优化调整。在车模结构、性能分析的基础上，对模型车的机械结构进行调整与改造。主要包括了整车重心的分析与调整、电池安装、光电传感器支的安装固定、角度传感器的固定、编码器的安装、底盘的加固、电路板的安装等。

第五章，系统联调。介绍了系统调试的一般方法，先对各模块进行分块测试，在此基础上进行系统联调，最后给出设计中发现的不足之处以及改进方向。

2  光电导引智能车控制系统总体设计

2．1  系统总体分析

通过对系统任务与目标的分析，选择合适的软硬件设计方案。设计之初将功能需求描述后对功能进行模块化，并对各功能模块的必要性与可行性做出分析论证。

本次设计较之于以前有很大的变化，要求也有很大的提高。智能车由四轮变成两轮直立行走，光电传感器禁止使用激光传感器，改为线性CCD或其他光电传感器，在不出界的情况下跑完赛道，并使行走时间最短，智能车出界的界定为有一只轮子离开赛道。同时，赛道增加路障、坡道、边沿虚线等干扰，对整体车模的平衡性、控制算法来说提高了要求。根据本次直立行走的特点与往届的设计经验，确定了硬件设计的基本思路和方案[11][12]。