□陳 揚 陸善婷 張 婷

全國大學生智能汽車競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導思想，旨在促進高等學校素質教育，培養(yǎng)大學生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學生從事科學研究與探索的興趣和潛能，倡導理論聯系實際、求真務實的學風和團隊協作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。2008年起，該競賽被教育部批準列入國家教學質量與教學改革工程資助項目中科技人文競賽之一，是教育部倡導的全國大學生課外學術科技A類競賽。2017年，該學科競賽被列入中國高等教育學會《中國高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)暨學科競賽評估結果》19個競賽項目之一。近些年，隨著智能汽車競賽學生的報名人數不斷增加，出現了相應的學生入門教學和管理的問題。很多學生報名后，在學習智能汽車入門的過程中不間斷地脫離大隊伍。經研究得知，學生們的熱情還在，只是入門門檻太高，尤其是對一些低年級沒有相應專業(yè)知識基礎的學生。針對學生入門難的情況，實驗室專門設計了一款智能車教學實驗平臺硬件開發(fā)板，方便學生智能車入門學習。

一、總體設計

KEA128實驗開發(fā)板整體設計框圖如圖1所示，包含多個外設和功能接口。

圖1 開發(fā)板系統框圖

開發(fā)板所用微控制器是恩智浦半導體公司的Kinetis KEA128系列MCU，該微控制器基于ARM Cortex-M0+內核，官方推薦其最高工作頻率48MHz，具有單周期32位×32位乘法器，多達128KB內存、256B EEPROM和16KB RAM，工作電壓2.7V～5.5V，閃存寫電壓2.7V～5.5V，工作溫度-40℃～+125℃。主要用在汽車娛樂連接模塊、DC/BLDC馬達控制、BCM/HVAC和座位/雨刷控制等。近幾年，組委會推薦使用Kinetis EA芯片，并特別設置專項獎金加以鼓勵。在今年第十三屆全國大學生智能汽車競賽中被官方組委會指定為某些組別的微控制器。

開發(fā)板集成電源模塊、電機驅動、舵機驅動、蜂鳴器等智能車基本需求外設，還配置了豐富多功能的外部功能接口，以保證開發(fā)板能滿足學生各種智能車功能需求。經過半年時間學生測試，開發(fā)板滿足全國大學生智能汽車競賽的大部分組別入門學習需求。實驗開發(fā)板實物圖如圖2所示，下面分別介紹開發(fā)板主要功能模塊。

圖2 實驗開發(fā)板實物圖

(一)最小核心系統模塊。采用KEA128系列微控制器芯片S9KEAZ128AMLH，并配置了SWD調試燒錄接口、時鐘電路、復位電路以及相應的濾波電路。

(二)電源模塊。由官方組委會指定7.2V Ni-Cd充電電池供電，轉化為3.3V、5V、6V以及12V直流電壓以提供開發(fā)板各個硬件模塊所需電源。

(三)電機驅動模塊。該雙電機全橋驅動采用低內阻MOSFET芯片，控制方式采用雙PWM輸入差分法，適應當前智能汽車競賽官方指定車模的各種型號直流電機。

(四)變阻器。開發(fā)板設置2個變阻器，設定為電路電阻分壓，一個用于相應程序閾值硬件設定，另一個用于程序模式設定。

(五)蜂鳴器。選擇了直徑9mm的小尺寸電磁有源蜂鳴器，方便程序預警設置。

(六)OLED接口。配置硬件顯示屏模塊，以方便程序參數觀察以及調參工作。

(七)其他接口?？筛鶕枨笈渲霉怆妭鞲衅鳌㈦姶艂鞲衅?、超聲波傳感器、陀螺儀傳感器等模塊實現智能車循跡避障以及自平衡這樣的基本功能，具備2路編碼器信號接口實現智能車測速功能，還具備1個串口接口方便接入藍牙模塊、WIFI模塊這樣的無線通信模塊。

二、測試效果

開發(fā)板適用于當前智能汽車競賽組委會所指定的A、B、C、D、E、F類型官方車模，可根據需求接入官方指定型號的舵機、單雙路電機、單雙路編碼器、陀螺儀加速度計等智能車常用硬件設備，減輕了前期學生們智能車入門所面對的硬件難題，提升了學生智能車入門學習信心。在智能車入門后，學生們也具備了自行設計智能車硬件電路板的相應能力。

三、結語

本文以追求減輕大學生智能汽車競賽入門難度為前提，提出了智能車教學實驗平臺思想，設計了功能全面的智能汽車競賽硬件開發(fā)板。開發(fā)板經過不斷的測試改進，目前確認了當前的硬件電路，該開發(fā)板硬件成本低、尺寸小巧，適用于各組別智能車賽學生入門，達到了預期設計目標。隨著智能汽車競賽逐年難度的提升，相信該開發(fā)板也會有更深層次的提升，不斷適應學生們智能車競賽入門需求。