智能車制作——從元器件、機電系統(tǒng)、控制算法到完整的智能車設(shè)計(清華開發(fā)者書庫)
定 價:79 元
- 作者:王盼寶、樊越驍、曹楠、單超群、朱葛峻、渠
- 出版時間:2017/12/1
- ISBN:9787302482185
- 出 版 社:清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類:U46
- 頁碼:342
- 紙張:膠紙版
- 版次:1
- 開本:16K
本書嘗試全方位、多角度地介紹智能車制作方面的知識。本書編寫成員來自智能車論壇管理團隊,他們都親自參加過智能車競賽并對每年的新賽事持續(xù)關(guān)注,所負責(zé)章節(jié)皆是各自擅長的部分。本書首先深入淺出地介紹了組成智能車的硬件元素,例如基本電氣元件、電源、控制器和傳感器等,然后介紹了智能車制作所需的嵌入式C語言編程知識。當(dāng)讀者掌握了智能車基本的軟硬件知識后,本書從智能車電機驅(qū)動與調(diào)速技術(shù)、自動巡線技術(shù)和兩輪直立技術(shù)三個重要方面展開,介紹實現(xiàn)智能車基本功能的知識和經(jīng)驗。作為進階內(nèi)容,從提高整車性能和調(diào)試效率的目的出發(fā),本書進一步介紹了與智能車相關(guān)的PCB設(shè)計、機械調(diào)校和軟件調(diào)試等內(nèi)容。最后在附錄中將智能車論壇中出現(xiàn)的常見技術(shù)問題進行了總結(jié)。各章內(nèi)容不僅涉及智能車相關(guān)知識,還凝聚了作者們的參賽經(jīng)驗、點滴體會以及科研工作和團隊管理過程中的認識,不僅有助于智能車新手入門,也適合作為智能車制作過程中的進階用書。同時,也可作為對輪式機器人和無人駕駛技術(shù)感興趣的愛好者和創(chuàng)客的參考用書。
智能車競賽公平公正、觀賞性強、技術(shù)含量十足。小車的制作和調(diào)試是集樂趣和辛苦于一體的,在興趣引導(dǎo)下實踐了理論知識、在探索與交流中產(chǎn)生了創(chuàng)新。
——王盼寶(第二屆智能汽車競賽參賽者)
設(shè)計智能車硬件電路*常犯的毛病就是“想當(dāng)然”,等到*后出了問題才恍然大悟。經(jīng)驗固然重要,但是要建立在扎實的基本功基礎(chǔ)上。
——樊越驍(第五屆智能汽車競賽參賽者)
追逐智能車“速度”的日子是大學(xué)里*為難忘的時光,不僅收獲了知識和技能,更沉淀出面對挑戰(zhàn)時的自信與勇氣。謹(jǐn)以此書,紀(jì)念這段“極速”的青春,感謝曾經(jīng)并肩的隊友們。
——曹 楠(第七屆智能汽車競賽參賽者)
年輕是我們*大的資本,奮斗是我們永恒的追求。經(jīng)歷過才有成長,奮斗過才有價值。不管賽后是否留有遺憾,我們都曾用十足的努力來講述那段青春的故事。
——單超群(第五屆智能汽車競賽參賽者)
這是*美好的時光,擁有*美好的自由、專注、自覺與不懈努力,真誠地去實現(xiàn)自己熱愛的目標(biāo)。愿閱讀此書的你,有幸運相伴。
——朱葛峻(第九屆智能汽車競賽參賽者)
2011年我開始登錄智能車論壇,經(jīng)歷了從新手到元老再到灌水大神的過程。我對智能車有著難以割舍的感情,如今我們幾位棲身各業(yè)的“智能車人”重聚,編寫這本書,希望朋友們能從中得到收獲。
——渠占廣(第七屆智能汽車競賽參賽者)
非常有幸在大學(xué)一年級就加入了北京科技大學(xué)智能汽車團隊。團隊不僅拿到了十幾個冠軍獎杯,更重要的是得到了工程實踐機會,培養(yǎng)他們成為業(yè)內(nèi)有競爭力的工程師。
——佟 超(第五屆智能汽車競賽參賽者)
參加過智能車賽的人對它有一種迷戀,智能車的圈子沒有急功近利的錦標(biāo)主義,只有志同道合的酣暢淋漓,這是對技術(shù)的鍛煉,更是對人格的塑造,而后者令我受益終身!
——蕭英喆(第二屆智能汽車競賽參賽者)
前言
將人類的經(jīng)驗、知識、語言甚至心理賦予機器,我們稱為人工智能。與之類似,智能車的研究主要是希望通過計算機技術(shù)取代人,實現(xiàn)自動駕駛。本書所涉及智能車知識基于全國大學(xué)生智能車競賽,它要求小型車模能夠在規(guī)定的賽道上實現(xiàn)路徑識別、自主尋跡,并快速行駛。麻雀雖小,五臟俱全,雖然競賽智能車沒有現(xiàn)實生活中的無人駕駛技術(shù)那么復(fù)雜,但是也需要相應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器、控制器以及硬件電路并進行控制算法的設(shè)計與調(diào)試等。一般需要數(shù)月才能較為系統(tǒng)地掌握上述知識,而能熟練應(yīng)用并進行系統(tǒng)化調(diào)試以及創(chuàng)新往往需要更長時間。因此,該項賽事為大學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐技術(shù)提供了良好的平臺。同時,智能車競賽組委會每年都會對競賽規(guī)則、賽道元素等進行非常用心的調(diào)整,競賽的新穎性與公平性得到了保證,因此每年都會吸引大量相關(guān)學(xué)科背景的學(xué)生積極參與。而出版本書的主要目的就是能夠為這些參賽隊員提供參考和指導(dǎo)。
國內(nèi)的智能車競賽是在韓國智能車大賽基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,并于2006年舉辦了第一屆全國大學(xué)生智能車邀請賽。筆者有幸于2007年參與了第二屆賽事,那時參賽規(guī)模較小,手中可供參考的資料也很少。基于共享資料與交流的目的,筆者于2007年創(chuàng)辦了智能車制作網(wǎng)站www.znczz.com,為參賽同學(xué)提供了一個線上交流平臺。時光匆匆,一晃十年已經(jīng)過去,智能車制作網(wǎng)站積累了大量智能車競賽的技術(shù)、經(jīng)驗分享以及賽事影像等資料。更寶貴的是,筆者通過網(wǎng)站認識了眾多志同道合的朋友,也因此持續(xù)關(guān)注智能車賽事。在這個過程中,筆者也從當(dāng)年的參賽學(xué)生變成學(xué)長,再到博士畢業(yè),如今作為指導(dǎo)老師開始指導(dǎo)學(xué)生參賽。
值得一提的是,每年的比賽過程中,智能車制作網(wǎng)站都會涌現(xiàn)出一批熱心回答網(wǎng)友問題并樂于分享的會員,他們熱衷于智能車競賽和相關(guān)技術(shù),并積極參與論壇的管理工作。所形成的論壇管理團隊不僅規(guī)范論壇運行,還會針對智能車中的熱點問題展開激烈討論,當(dāng)然過程中也少不了調(diào)侃與嘻哈。除了網(wǎng)上聊天,我們還經(jīng)常利用智能車競賽尋找線下聚會的可能。前不久,一個偶然的機會讓我們產(chǎn)生了寫書的想法,這次幾個老友又一次一拍即合,雖然大家都已工作,但是仍然紛紛表示會抽出時間完成這件富有情懷的事情,書名也因此確定為《智能車制作》。
本書的作者不僅都來自智能車制作網(wǎng)站管理團隊,他們還是當(dāng)年叱咤智能車賽場的佼佼者,工作后的他們繼續(xù)從事所熱愛的技術(shù)工程行業(yè),有的積累了豐富的硬件經(jīng)驗,有的成為了優(yōu)秀的嵌入式開發(fā)者,有的在高校指導(dǎo)學(xué)生參賽屢獲殊榮。本書的具體編寫情況為:第1章由樊越驍完成,他就是當(dāng)年的論壇名人鳳姐,在硬件設(shè)計、開關(guān)電源方面極富工程經(jīng)驗,現(xiàn)任職于江蘇某科技公司;第2章由佟超完成,他是北京科技大學(xué)智能車領(lǐng)隊之一,硬件功底深厚,常年活躍在論壇幫助大家解決問題;第3章由單超群完成,他是最早加入智能車論壇管理團隊的成員之一,現(xiàn)任職于深圳某科技公司,在程序設(shè)計開發(fā)方面積累了豐富經(jīng)驗;第4章由王盼寶完成,目前為哈爾濱工業(yè)大學(xué)智能車俱樂部的指導(dǎo)老師;第5章由朱葛峻完成,他畢業(yè)于中南大學(xué),曾是學(xué)校智能車協(xié)會副會長,現(xiàn)就職于國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司;第6章由曹楠完成,他歷任第七屆至第九屆南京師范大學(xué)平衡團隊隊員及領(lǐng)隊,現(xiàn)任職于恩智浦半導(dǎo)體;第7章由樊越驍和渠占廣共同完成,渠占廣畢業(yè)于廈門大學(xué),現(xiàn)任職于華為公司,曾獲智能車競賽國家一等獎;第8章由蕭英喆完成,他是太原理工大學(xué)晉豹智能車隊的指導(dǎo)老師,帶領(lǐng)學(xué)生屢獲智能車相關(guān)國家獎項。在此,也非常感謝清華大學(xué)卓晴老師以及組委會馬莉老師在此書出版過程中給予的大力支持和幫助。
實際上,本書的讀者并不局限于智能車競賽參賽隊員,對智能車制作有興趣的大中小學(xué)生以及相關(guān)的科技競賽愛好者都可以從中找到需要的軟硬件知識、電路方案等。本書的作者始終相信興趣引導(dǎo)才是做好事情的最佳途徑,但由于編寫時間倉促、水平有限,書中不足與錯誤難免,歡迎讀者將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給我們,問題反饋郵箱是wangpanbao@126.com。
編者
2017年6月
目錄
推薦序(一)Ⅰ
推薦序(二)Ⅲ
前言Ⅴ
第1章電子元件與電源
1.1概述
1.1.1電子元件不是紙上的一個符號
1.1.2知其然知其所以然
1.1.3選擇元器件型號
1.1.4從數(shù)據(jù)手冊中篩選重要信息
1.2電子元件基礎(chǔ)知識
1.2.1常用電子元件介紹
1.2.2MOSFET
1.2.3運算放大器
1.2.4芯片封裝的選擇
1.3電源基礎(chǔ)知識
1.3.1電池與充電器
1.3.2線性電源基礎(chǔ)知識
1.3.3開關(guān)電源原理與設(shè)計
1.3.4反饋環(huán)路
1.4其他
1.4.1浮地驅(qū)動
1.4.2邏輯電平的兼容性
1.4.3導(dǎo)線與接線端子
1.4.4如何和線路板廠家打交道
第2章控制器與傳感器
2.1智能車中的控制器
2.1.1認識控制器
2.1.2控制器的輸入特性
2.1.3控制器的輸出特性
2.1.4單片機最小系統(tǒng)的制作
2.2智能車常用傳感器
2.2.1什么是傳感器
2.2.2轉(zhuǎn)速傳感器
2.2.3光電傳感器
2.2.4線性CCD
2.2.5攝像頭
2.2.6電磁傳感器
2.2.7電軌傳感器
2.2.8金屬傳感器
2.2.9超聲波傳感器
2.2.10磁場傳感器
2.3智能車常用模塊
2.3.1串口數(shù)傳模塊
2.3.2NRF24L01模塊
2.3.3WiFi
2.3.4遙控按鍵
2.4智能車外部存儲系統(tǒng)
2.4.1SD卡
2.4.2外掛字庫
第3章嵌入式C語言的應(yīng)用
3.1嵌入式概述
3.1.1認識嵌入式系統(tǒng)
3.1.2編程語言
3.2嵌入式C語言基礎(chǔ)
3.2.1數(shù)據(jù)類型、運算符、語句及表達式
3.2.2結(jié)構(gòu)體與共用體
3.2.3條件與循環(huán)語句
3.2.4函數(shù)與指針
3.3算法
3.4性能優(yōu)化
3.4.1數(shù)據(jù)類型與算法優(yōu)化
3.4.2減小運算強度
3.4.3優(yōu)化編譯
3.4.4內(nèi)嵌匯編
3.4.5合適的函數(shù)聲明
3.4.6充分利用硬件特性
3.5做一名合格的程序員
3.5.1代碼注釋
3.5.2頭文件
3.5.3函數(shù)
3.5.4良好的編程習(xí)慣
3.5.5勤于寫文檔
3.6C語言編程常見問題
第4章智能車電機控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1智能車機電傳動部分介紹
4.1.1機電傳動部分組成概述
4.1.2車模中直流電動機介紹
4.2電機驅(qū)動電路原理與分析
4.2.1電機驅(qū)動電路的構(gòu)成方式
4.2.2PWM技術(shù)及其調(diào)制方法
4.2.3電機驅(qū)動電路運行模態(tài)分析
4.3電機驅(qū)動電路設(shè)計方案
4.3.1入門級電機驅(qū)動電路方案
4.3.2中級電機驅(qū)動電路方案
4.3.3高級電機驅(qū)動電路方案
4.3.4電機驅(qū)動電路的幾點總結(jié)與討論
4.4電機轉(zhuǎn)速測量方法
4.4.1智能車常用測速方案
4.4.2轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向測量與計算方法
4.5智能車速度控制策略
4.5.1電機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制方法
4.5.2電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法
4.5.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真驗證與分析
4.5.4智能車電機控制系統(tǒng)設(shè)計流程
第5章智能車巡線技術(shù)
5.1比賽用四輪車建模
5.1.1他勵直流電機建模
5.1.2四輪車轉(zhuǎn)向建模
5.1.3控制實例:光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)
5.2巡線識別
5.2.1引導(dǎo)信息
5.2.2輪廓提取
5.2.3原始圖像獲取
5.3巡線技術(shù)涉及的實用方法
5.3.1內(nèi)存分配
5.3.2逆透視變換
5.3.3最小二乘法及其應(yīng)用
5.3.4巡線實例
5.4控制器程序設(shè)計
5.4.1控制器程序面對的主要問題
5.4.2需要考慮的一些細節(jié)
5.4.3一些沒有提及的事情
第6章智能車直立技術(shù)
6.1平衡車基本知識
6.1.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計要點
6.1.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計要點
6.1.3傳感器系統(tǒng)設(shè)計
6.1.4平衡車的姿態(tài)
6.1.5陀螺儀傳感器誤差模型
6.1.6加速度計傳感器誤差模型
6.1.7陀螺儀、加速度計傳感器的數(shù)據(jù)處理
6.2平衡車的姿態(tài)解算
6.2.1互補濾波的姿態(tài)解算
6.2.2卡爾曼濾波器基本方法和姿態(tài)解算
6.2.3卡爾曼濾波姿態(tài)解算實驗
6.3姿態(tài)控制的實現(xiàn)
6.4平衡車速度控制
6.4.1速度控制主導(dǎo)運動狀態(tài)階段
6.4.2姿態(tài)控制主導(dǎo)運動狀態(tài)階段
6.4.3速度控制實現(xiàn)
6.5平衡車方向控制
6.6平衡車機械簡要分析
6.6.1機械結(jié)構(gòu)分析
6.6.2傳感器的安裝
6.7平衡車的制作流程
6.7.1平衡車制作初級階段
6.7.2平衡車制作進階
6.8最后再說點什么
第7章PCB設(shè)計實例
7.1PCB設(shè)計工具概述
7.2原理圖庫繪制
7.3原理圖繪制
7.4封裝庫繪制
7.5線路板布局布線
7.6線路板打樣與BOM整理
7.7焊接與調(diào)試
7.8繪制PCB時的注意事項
7.8.1PCB的設(shè)計流程思考
7.8.2大功率電路PCB設(shè)計
7.8.3信號檢測電路設(shè)計
第8章智能車機械調(diào)校與設(shè)計
8.1智能車車模簡介
8.1.1車模類型
8.1.2智能車競賽對車模的規(guī)定
8.2四輪車機械調(diào)校
8.2.1虛位處理
8.2.2輪胎處理
8.2.3差速處理
8.2.4底盤處理
8.2.5防撞結(jié)構(gòu)
8.2.6關(guān)于新C車模
8.3自平衡車模的機械調(diào)校
8.3.1車模簡介
8.3.2自平衡車模的機械調(diào)校
8.3.3球車和自行車
8.4節(jié)能車的機械設(shè)計和調(diào)校
8.4.1車模方案的選擇
8.4.2電機方案的選擇
8.4.3輪胎方案選擇
8.4.4傳動部分方案選擇
8.5小結(jié)
附錄A智能車車?偨Y(jié)
附錄B智能車設(shè)計中的常見問題
參考文獻