??本报告将详细解释我们团队在比赛过程中的智能汽车系统设计方案。从智能汽车的机械结构设计、硬件电路设计、摄像头灯搜索算法、智能汽车控制算法、无线充电等方面，详细阐述了我们团队的设计理念和创意，反映了我们算法和硬件的独特理念。在准备比赛的过程中，我们的小组付出了努力和汗水。本报告将体现我们自准备以来的努力和智慧。我希望我们小组的努力能够得到认可，我希望我们能继续努力工作，挑战更好的结果，学习更多的新知识。

??全国大学生智能汽车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意技术竞赛，是教育部倡导的探索性工程实践活动之一。竞赛以基于培训、注重参与、鼓励探索、追求卓越为指导思想，旨在促进高校素质教育。以智能模型汽车等复杂工程问题为任务，鼓励大学生组成团队，综合利用多学科知识，提出、分析、设计、开发和研究智能汽车机械结构、电子线路、运动控制和开发调试工具，激发大学生从事工程技术开发和科研探索的兴趣和潜力，倡导理论联系实际、务实的学习风格和团队合作的人文精神。

??车模使用Infineon该公司的单片机。允许使用各种电磁、红外光电、摄像头、激光传感器、超声传感器进行轨道和环境检测。

??点亮后，信标会同时发送高频无线功率信号(150kHz）用红色和红外灯引导模具。发送的高频无线功率信号也可以通过电磁共振耦合为节能模具提供约72个W充电功率。比赛时，车模从第一个信标开始接受电能，自行启动去往下一个信标。当车模运行到信标上之后，信标的灯便切换到下一个信标，但本地的信标依然发送无线电能，直到车模离开本地的信标灯，本地信标停止发送无线电能，下一个信标灯开始发送无线信号。

??本章节将简要介绍我们集团智能汽车系统的整体设计理念，并简要解释实现的技术方案。下一章分为机械结构设计、硬件电路设计、摄像头灯搜索算法、智能汽车控制算法等部分。

??根据第16届智能汽车比赛的要求和任务，我们的团队选择了车辆模型、处理器、轨道信息获取方案和车辆控制方案。在这场比赛中，我们的车型是自制的车型，使用它Solidworks软件建模汽车，然后3D完成车身制造的印刷技术。处理器使用Infineon公司的TC264单片机，在AURIX Development Studio嵌入式软件的开发是在开发环境中进行的。智能车轨信息采集传感器采用灰度摄像头，为摄像头安装红外过滤器，获取信标灯的红外信息，实现信标灯的准确识别。通过信标灯的偏差信息和陀螺仪获得的车辆姿态角速度信息来控制车辆的方向，通过电机编码器获得车辆速度信息来控制车辆的速度。方向控制和角度控制采用位置控制PID控制，通过PWN控制三轮车两个后驱动轮的差速转向和加减速，实现闭环控制。同时，还设计了人机交互模块，可以更好地调试智能车辆的参数，检测车辆状态。添加的无线通信模块还可以实时观察车辆的状态参数，有助于确定参数。

??智汽车的基础是车身的机械结构，控制程序需要在此基础上实现，因此智能汽车机械结构的设计对汽车的性能尤为重要。本章将对机械结构进行具体的解释。

  此次节能组与往年的不同，由于信标的任务，让车模需要有了一定的速度要求，所以我们采用了三轮的设计，在保证车速的基础上尽量减轻车模的重量，同时也考虑到了车模重心的问题，在设计时尽量使得重心靠后，落于两个后轮上，提高转向的性能。整体机械结构如下图所示。

  整车传感器包括：灰度摄像头；9轴传感器；电机编码器。

  使用三角结构，将摄像头架设如图。

  姿态传感器使用BMX055传感器，将裸片芯片焊接于主板PCB下方。

  编码器使用电机自带编码器，安装于电机后轴，获取电机的旋转信息。

  主控板是整个车身最重要的一块电路板，也是在调车过程中最常接触的电路板，集成了开关、IPS、下载接口、拨码开关、指示灯等等功能，所以将此电路板放置于最上层无疑是最好的选择，也会更方便后期的调试、下载。

  电源驱动板的主要功能是将超级电容的电压升降压至12V供电机使用，通过H桥电路控制电机的快慢，达到对车模速度的控制目的。该板并不需要进行人机交互，故放置于主板下层是合理的。

  由于今年节能信标任务的特殊性，我们采用了5节50法拉的超级电容，重量较重，所以安装于电机后部，设计机械时降低了其重心。

  充电板体积较小，故安装于车模前部，与充电线圈相连接，同时连接后部的超级电容组，充电时为其补充电能。

  使用Solidworks对车模进行整体设计，整体设计效果如图。

  车身使用3D打印技术打造，使用尼龙材料，强度与韧性符合负载强度需求。

  电机使用M3螺丝与打印件相连接，后轮使用A车车轮，通过电机联轴器与电机出轴相连接，实际效果如图。

  整车的机械结构设计贯穿我们小组备赛的整个过程，设计也是一代一代地更新。机械结构的改变，可以影响车模能耗和跑车的整体性能。经过不断的尝试和努力，我们小组在比赛之前得出了这套方案，不过仍然存在提升的空间，车辆的能耗依旧比较大。每次修改机械结构设计，都能在相同软件基础上提升车子的性能，可以看出，机械结构与车子的性能有着密切关系，是我们在设计时重点考虑的内容。

  智能车硬件电路包括主控板、电源驱动板、充电板、超级电容板。主控板包括电源管理，MCU最小系统，模块接口，人机交互等部分；电源驱动板实现电机电源的稳定，控制电机正反转的功能。本章主要介绍我们小组在智能车硬件电路设计方面的方案，展现我们在这方面的想法和创意。

  英飞凌TC264为32位微控制器，采用双核Tricore架构，双核200MHz，集成725KB RAM，配套基于官方ILLD库开发的智能车专用库，可以实现快速开发应用。

  本次比赛使用超级电容组为车模的硬件系统供电，使用TPS63070芯片将超级电容的电能转换为5V的电能形式为主板供电，该芯片具有高效率，外围电路简单的优点。同时使用两片AMS1117芯片将5V电压转为3.3V为芯片和模块供电。使用船型开关为总开关，控制车模整体功能的开启与关闭。使用分压电阻对超级电容组的电压信息进行采集，从而感知采集电容组的能量状况。

  人机交互部分采用了一块IPS屏幕显示信息方便之后的调车，同时还采用了一个蜂鸣器以便在车运行时了解车的状态。另外采用了一个五向开关和一个4位拨码开关实现调参，其原理是当某一个开关被触发时会在对应端口产生一个低电平，再经过74HC148这款八线三线优先编码器编码在单片机的对应端口产生信号，从而被单片机检测到并配合相应程序实现特定功能。通信部分是采用了NRF方案，最后还设计了一个SD卡的接口，方便获取摄像头采集到的数据。

  电源驱动板方面，分为电机驱动电路，开关电源电路两个部分。其中稳压模块采用的是一片LM25118MHX芯片，对各元件合理取值后即可得到所需的12V电压。驱动方案使用DRV8701E芯片驱动，即通过驱动信号的控制使得H桥中始终只有一条对角线上的两只MOS管导通，实现电机的正转反装控制，同时再配合PWM波信号实现电机的调速。