UEAL Final——自行车比赛显示系统

本次设计是针对自行车比赛显示系统的。我们使用了一个小车上的左右两个车轮分别模拟两辆直径50cm的自行车。可以通过小车上的菜单系统进行左右车轮的速度设定，并且会PI调节稳定。使用一个OLED屏幕模拟大屏幕显示器，显示屏上显示比赛主题、参数队、实时时间、两辆自行车的排名、实时速度、位置。OLED显示屏系统是通过USB转串口与电脑连接，其中显示的实时时间、速度、位置等参数均由上位机下发显示。小车通过蓝牙无线通信将实时数据发送给上位机处理。下面为大家展示我们的作品设计。

1.       方案设计

1）  小车左右车轮模拟两辆自行车

根据项目设计需要，我们使用了一辆自平衡小车的左右两个车轮来模拟两辆自行车进行比赛，如图1所示。为了准确测量自行车速度，使用了高精度编码器来分别对两个车轮进行转速测量。

图1 小车车轮图片

2）  小车BLE无线通信

为了能够获取小车的实时参数，需要进行无线通信，让小车将参数发送出来。我们采用了蓝牙无线通信的方式来实现小车与电脑上位机的通信，如图2所示。上位机获取小车的参数进行处理与显示。

图2 蓝牙通信模块

3）  OLED模拟大屏幕显示

为了显示比赛信息，使用了一个OLED来模拟大屏幕显示，OLED的数据来源是电脑上位机，这样不仅可以显示，还可以通过电脑上位机来控制显示内容。通信方式我们选择的是USB转串口工具。

4）  上位机显示和控制

为了更加方便地在PC端显示和控制，我们开发了一个简单的上位机界面，上位机可以显示比赛信息，也可以控制比赛开始、停止，控制OLED显示信息。

2. 系统结构图

整个系统的结构图如图3所示，小车使用的CPU是飞思卡尔的K60系列。两个车轮使用的都是直流电机，由驱动器进行驱动，并且配有编码器进行测速。小车与电脑上位机基于蓝牙无线通信，电脑获得小车实时信息后进行显示和控制OLED显示。

图3 系统结构图

3. 方案内容

3.1 小车车轮控制系统

小车的控制框图如图4所示，由于仅使用了部分功能，这里不再列出全部模块的功能。

图4 小车控制框图

1）小车通过PWM控制两颗集成H桥驱动器以驱动电机，可以单独控制两个电机进行转动，同时转向速度可调；

本次设计中，使用ST公司高功率集成H桥控制器，有足够的冗余以驱动电机。其瞬时驱动最大功率大于1000w。

2）速度闭环基于微控制器eCAP模块，采集正交编码器的信号，正交编码器挂接在电机转轴上，完成速度采样，采样速率为5ms一次；

本次设计中，使用欧姆龙360线编码器，即每转一周AB两路将发出360个脉动波形；同时，信号进入eCAP模块后将进行进一步细分，每个正交组合波形将进行4次计数。因此，精度将进一步增加。编码器与电机对应转数比约等于1，等价于电机每转一周将有1440个技术值，精度完全可以达到要求。

编码器实物图如下所示。

图5 编码器

3）采集速度后，将进行闭环速度控制，控制器为PI控制器；

图6 车轮速度控制逻辑

4）小车速度参数调节可以基于小车完成，视频中有展示；其显示界面为OLED显示器。

转速计算：

编码器反映5ms内脉冲数N，转化到实际转数n为

根据模拟的实际车轮直径为50cm，则对应的速度v为

3.2 OLED模拟大屏幕显示

         用了一个OLED来模拟大屏幕的显示，显示内容如图7所示。显示了比赛名称、参赛方、实时时间、参数者（A和B）的名次、速度、位置。所有的参数都来自上位机下发。

图7 OLED显示

3.3 上位机

         开发上位机是为了更好地显示和控制，上位机界面如图8所示。显示了比赛信息、赛道模拟、参赛队员的实时速度、位置和实时时间。

         在左上角有两个按键。扫描按键用于扫描与上位机通信的小车系统和OLED系统。开始按键是比赛的开始指令，点击该按钮后，电机开是启动，比赛开始。

图8 上位机界面

4. 程序流程图

K60系统的程序流程图如图9所示。当小车接收到上位机的开始命令时，电机启动，比赛开始。然后在定时中断中进行速度测量，将得到的参数通过蓝牙发送给上位机。

图9 程序流程图

5. 测试视频

http://v.youku.com/v_show/id_XMTQwNzMwMzk4NA==.html?firsttime=0&from=y1.4-2

6. 谢辞

              UEAL一系列的比赛，历经半年之久，有时确实会产生一丝厌烦。但是每次看到题目，都会激起挑战的欲望，每次都希望能够将我们最好的作品展示给大家。当然，由于时间、资源、技术能力多方面限制，我们的作品有着太多不足。但无论怎样，在这个过程中，是每一位小组成员都发挥自己所能，展现自己多年沉淀的技术优势，才有了整个队伍的一次次成果。小组成员相互感谢一下。

            感谢我们的技术版主——冰山哥，在比赛过程中除了给予我们很多技术支持外，还不断鼓励和关心我们。谢谢冰山哥！

          也谢谢所有前来点赞、给予建议和意见、交流学习的前辈、同学、电子爱好者们。

           在这个过程中，也学习了其他高校的优秀设计，也有了很多的进步。这里感谢所有的参赛队伍，以后我们继续一起努力。

           最应该感谢的当然是ICKEY社区，谢谢你们搭建的高校平台，也谢谢你们每一轮的耐心沟通和交流以及赠送的板子。

           相信社区会越办越好。