【智能车实验平台】
功能/作用介绍
简介
大连理工大学创新实验学院以培养创新人才为目标，坚持“厚实基础、注重兴趣、强调综合、强化实验、自主学习、提高能力、不断创新”的创新教育理念，通过参加各实践班的创新活动培养学生的实践能力和创新意识。学院下设机电、数模、软件、多媒体、ACM、创业、创造发明等七个实践班，这些实践班的学生都通过一年级的基础能力培训、二年级实践及应用加强，三年级后开始进入特色研究室开展各类专题方面的研究。早期由于各班级开展的实践内容及研究方向不同，学生的专题选择都集中在原实践班的培养方向，综合型复杂课题的研究通常都基于教师主导下的有限范围，自主开展学科交叉的方向受到一定限制。
从2001年全国电子设计竞赛中出现智能控制小汽车题型后，智能控制方向由于其互动及娱乐的特色吸引了很多学生，创新实验学院逐步开展了Robocup小型组足球机器人、人形机器人、轮式机器人等实验室的建设，在培养综合型人才及精英人才方面有一些大胆尝试，也取得了一些成果。但上述机器人实验室规模比较小，学生参与总数受限，智能控制相关课题的开展无法完全满足学生的需求。2006年全国智能车竞赛开始实施，为推广智能控制应用型人才的培养提供了广阔的平台，全国各高校都表现出极大的热情，为推动竞赛做了有益尝试。
我校每年参加智能车的学生约有150人，他们中的部分对智能车的学习达到痴迷的程度，但仍然有一部分学生因为平台、硬件条件、设施及入门基础等等的因素未能坚持下来，同时在整个培训和学习过程中我们也逐渐看到由于基础知识(软、硬件)这个门槛使很多学生过早退出。为了提升学生学习的效率，我们也做了大量尝试，从单一功能模块、核心板到例程，这些措施和方法都起到非常关键的作用，但每届竞赛结束后留给实验室的可用模块非常有限，管理上也带来一定困扰。为了让智能车实验室及智能车团队模式良性发展，同时也改善智能车学习中的基础入门问题，在总结历届技术经验和管理需求的基础上，借助学校教改实验平台专项，秉承“勤俭节约，合理利用”资源的原则，我们设计并研发了智能车实验平台。为便于分阶段学习，实验平台采用模块和基本平台结合的模式，并编写了实验讲义，完善了电子教案，提升了基础培训学习的效率，也便于实验室管理。智能车开发平台整体采用模块化的集成思想，主要包含以下一些功能模块：
1、核心板配置模式。平台设计中创新性的实现了将XS128和K60两种MCU统一接口、同平台使用，增加了板子的通用性和实用性。
2、电机驱动模块。使用BTS7960芯片，组成H桥驱动电路。通过单片机输出PWM、EN、DIR等控制信号，控制电机速度、使能、方向等运行状态。
3、霍尔测速模块。以霍尔芯片AS5040为主体搭建模块。在电机前端固定磁铁，电机带动磁铁旋转使芯片输出脉冲，通过单片机读取脉冲，并换算得到实际速度。
4、舵机驱动模块。通过单片机输出PWM，控制舵机高电平脉冲宽度进而控制舵机动作。
5、SD卡模块。可直接插入SD卡，进行数据存储或读取，可实现赛道信息实时存储。
6、拨码开关模块。通过改变拨码状态，可进行不同模式下的操作。
7、流水灯模块。通过单片机IO口的状态控制流水灯工作，以最简单的方式，体现出IO口的作用。
8、串口通讯模块。可通过串口传输数据，并进行相应控制。
9、电磁传感器模块。电磁信号可直接接入，经放大电路放大后，进入AD采集，可直接模拟电磁车的信号采集过程。
10、CCD模块。可直接接入CCD，通过单片机采集信息，可直接模拟光电车的信号采集过程。
11、摄像头模块。包含FIFO、ADV7180等芯片，可直接完成模拟、数字摄像头的采集及解码工作，可直接模拟摄像头车的信号采集过程。
12、陀螺仪模块。直接模拟直立车角度采集过程。
13、按键模块。
14、LCD显示模块。
上述功能模块包含了智能车设计的基本知识，通过功能验证可以使学生快速掌握智能车设计相关基本传感器、驱动器、测速等的控制和应用，同时也可以学习到CCD、SD存储、陀螺仪等器件的综合性应用，从根本上提升智能车设计中入门学习的效率。
总结往届参加智能车培训的过程，新成员们只能通过分立的功能电路来逐步学习、了解智能车的硬件组成部分，不利于形成整体思考的模式。而本实验平台的整体化思想为新成员的学习提供了便利。这些特点主要体现在以下方面：
1、流水灯、按键、拨码等简单的功能模块，可以使同学们首先从单片机的IO口操作进行初步了解;
2、电机驱动、霍尔测速模块可以使电机闭环速度反馈直观的呈现在同学们眼前，并可通过在线调试直接调节PID控制参数，无需担心因位置移动而引起的测速问题;
3、LCD液晶显示模块为各状态参数的观测提供了便利;
4、各传感器模块可直接模拟电磁、光电、摄像头三个组别的传感器采集过程，可直接了解各传感器的工作状态，无需等待车模搭建;
5、陀螺仪模块的存在使角度参量直观的表现出来，为直立车的平衡调试提供基础;
6、新成员可以通过实验平台了解各组别智能车的整体构成，并为自己的硬件电路搭建提供参考。
智能车实验平台研发成型后得到学院的配套支持，并小规模生产20余套并应用到智能车实验室，能同时容纳40人开展实践教学。从2012年平台研制成功后，每年约有150人经历了实验平台的培训并成为各种传感器、驱动器、单片机等的应用高手。2013年智能车实验平台成功推广到大连民族学院智能车实验室，在学生培训和应用中得到肯定。智能车研究方向已经成为我校机电相关方向学生所追求的目标，并且对创新实践中心及实践基地其他班级实践教学模式的改革也产生了非常重要的影响。
作品名称：智能车实验平台
完成单位：大连理工大学
