【智能車實驗平臺】
功能/作用介紹
簡介
大連理工大學創新實驗學院以培養創新人才為目標，堅持“厚實基礎、注重興趣、強調綜合、強化實驗、自主學習、提高能力、不斷創新”的創新教育理念，通過參加各實踐班的創新活動培養學生的實踐能力和創新意識。學院下設機電、數模、軟件、多媒體、ACM、創業、創造發明等七個實踐班，這些實踐班的學生都通過一年級的基礎能力培訓、二年級實踐及應用加強，三年級后開始進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容及研究方向不同，學生的專題選擇都集中在原實踐班的培養方向，綜合型復雜課題的研究通常都基于教師主導下的有限范圍，自主開展學科交叉的方向受到一定限制。
從2001年全國電子設計競賽中出現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生，創新實驗學院逐步開展了Robocup小型組足球機器人、人形機器人、輪式機器人等實驗室的建設，在培養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。但上述機器人實驗室規模比較小，學生參與總數受限，智能控制相關課題的開展無法完全滿足學生的需求。2006年全國智能車競賽開始實施，為推廣智能控制應用型人才的培養提供了廣闊的平臺，全國各高校都表現出極大的熱情，為推動競賽做了有益嘗試。
我校每年參加智能車的學生約有150人，他們中的部分對智能車的學習達到癡迷的程度，但仍然有一部分學生因為平臺、硬件條件、設施及入門基礎等等的因素未能堅持下來，同時在整個培訓和學習過程中我們也逐漸看到由于基礎知識(軟、硬件)這個門檻使很多學生過早退出。為了提升學生學習的效率，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鍵的作用，但每屆競賽結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隊模式良性發展，同時也改善智能車學習中的基礎入門問題，在總結歷屆技術經驗和管理需求的基礎上，借助學校教改實驗平臺專項，秉承“勤儉節約，合理利用”資源的原則，我們設計并研發了智能車實驗平臺。為便于分階段學習，實驗平臺采用模塊和基本平臺結合的模式，并編寫了實驗講義，完善了電子教案，提升了基礎培訓學習的效率，也便于實驗室管理。智能車開發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。平臺設計中創新性的實現了將XS128和K60兩種MCU統一接口、同平臺使用，增加了板子的通用性和實用性。
2、電機驅動模塊。使用BTS7960芯片，組成H橋驅動電路。通過單片機輸出PWM、EN、DIR等控制信號，控制電機速度、使能、方向等運行狀態。
3、霍爾測速模塊。以霍爾芯片AS5040為主體搭建模塊。在電機前端固定磁鐵，電機帶動磁鐵旋轉使芯片輸出脈沖，通過單片機讀取脈沖，并換算得到實際速度。
4、舵機驅動模塊。通過單片機輸出PWM，控制舵機高電平脈沖寬度進而控制舵機動作。
5、SD卡模塊?？芍苯硬迦隨D卡，進行數據存儲或讀取，可實現賽道信息實時存儲。
6、撥碼開關模塊。通過改變撥碼狀態，可進行不同模式下的操作。
7、流水燈模塊。通過單片機IO口的狀態控制流水燈工作，以最簡單的方式，體現出IO口的作用。
8、串口通訊模塊?？赏ㄟ^串口傳輸數據，并進行相應控制。
9、電磁傳感器模塊。電磁信號可直接接入，經放大電路放大后，進入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FIFO、ADV7180等芯片，可直接完成模擬、數字攝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計的基本知識，通過功能驗證可以使學生快速掌握智能車設計相關基本傳感器、驅動器、測速等的控制和應用，同時也可以學習到CCD、SD存儲、陀螺儀等器件的綜合性應用，從根本上提升智能車設計中入門學習的效率。
總結往屆參加智能車培訓的過程，新成員們只能通過分立的功能電路來逐步學習、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習提供了便利。這些特點主要體現在以下方面：
1、流水燈、按鍵、撥碼等簡單的功能模塊，可以使同學們首先從單片機的IO口操作進行初步了解;
2、電機驅動、霍爾測速模塊可以使電機閉環速度反饋直觀的呈現在同學們眼前，并可通過在線調試直接調節PID控制參數，無需擔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參數的觀測提供了便利;
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，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出來，為直立車的平衡調試提供基礎;
6、新成員可以通過實驗平臺了解各組別智能車的整體構成，并為自己的硬件電路搭建提供參考。
智能車實驗平臺研發成型后得到學院的配套支持，并小規模生產20余套并應用到智能車實驗室，能同時容納40人開展實踐教學。從2012年平臺研制成功后，每年約有150人經歷了實驗平臺的培訓并成為各種傳感器、驅動器、單片機等的應用高手。2013年智能車實驗平臺成功推廣到大連民族學院智能車實驗室，在學生培訓和應用中得到肯定。智能車研究方向已經成為我校機電相關方向學生所追求的目標，并且對創新實踐中心及實踐基地其他班級實踐教學模式的改革也產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
