蓝宙电子智能创新实验室

智能创新实验室建设方案

芜湖蓝宙电子科技有限公司

-飞思卡尔大学计划官方合作伙伴

版 本：Version 2.0

所 有 者：蓝宙电子

日 期：2014.03.12

目录

一、

二、 实验室介绍 . ......................................................................................................................................... 5 实验室功能 . ...................................................................................................................................... 10

1、满足教学需求 . ....................................................................................................................................... 10

1.1设置标配课程 ................................................................................................................................... 10

1.2匹配现有课程 ................................................................................................................................... 12

1.3专业培训课程 ................................................................................................................................... 13

2、满足课程设计需求 ............................................................................................................................... 14

2.1实施步骤 . ........................................................................................................................................... 14

2.2具体课程设计安排........................................................................................................................... 14

3、满足毕业设计需求 ............................................................................................................................... 15

3.1实施步骤 . ........................................................................................................................................... 15

3.2毕业设计课题安排........................................................................................................................... 15

4、满足科研需求 . ....................................................................................................................................... 16

4.1实施步骤 . ........................................................................................................................................... 16

4.2研究生课题安排：........................................................................................................................... 16

5、满足创新需求 . ....................................................................................................................................... 17

5.1 机械方面 . .......................................................................................................................................... 17

5.2电子方面 . ........................................................................................................................................... 17

5.3通信方面 . ........................................................................................................................................... 18

5.4软件方面 . ........................................................................................................................................... 18

5.5实际应用领域 ................................................................................................................................... 18

6、满足职前教育需求 ............................................................................................................................... 20

6.1企业人才需求 ................................................................................................................................... 20

6.2特殊培养模式造就可用人才 ......................................................................................................... 20

三、 智能创新教学平台构成 . ...................................................................................................................... 21

1、车模平台................................................................................................................................................. 22

2、套件平台................................................................................................................................................. 23

2.1电路模块平台 ................................................................................................................................... 24

2.2机械相关配件 ................................................................................................................................... 35

2.3调试工具 . ........................................................................................................................................... 36

3、调试赛道................................................................................................................................................. 37

3.1、普通赛道 . ........................................................................................................................................ 37

3.2、特殊赛道 . ........................................................................................................................................ 37

4、自主学习电路模块 ............................................................................................................................... 38

5、其他辅件................................................................................................................................................. 38

5.1 工具.................................................................................................................................................... 38

5.2 耗材.................................................................................................................................................... 39

6、软件平台................................................................................................................................................. 39

6.1 基础软件类....................................................................................................................................... 39

6.2 应用软件类....................................................................................................................................... 39

6.3 策略软件类....................................................................................................................................... 39

6.4 科研软件类....................................................................................................................................... 40

四、 课程如何开展 ........................................................................................................................................ 41

1、作为教学来开展课程 . .......................................................................................................................... 41

2、作为课程设计等其他需求来开展 . .................................................................................................... 43

3、学生参加智能教学方式和步骤 ......................................................................................................... 44

五、 课程延伸及蓝宙电子创新教学愿景和计划 . ................................................................................... 45

1、信息采集-图像提取 ............................................................................................................................. 45

2、信息传输-无线传输 ............................................................................................................................. 46

3、电源设计................................................................................................................................................. 46

4、电源管理................................................................................................................................................. 47

5、电机控制................................................................................................................................................. 47

6、控制系统设计 . ....................................................................................................................................... 47

一、 实验室介绍

智能创新实验室是将理论知识与实践创新能力相结合，培养学生多学科知识运用能力以及技术创造力的一种新型的实验室。

实验室总览图

智能创新实验室主要由教学区、测试台、调试赛道、加工台、电子元器件储存区、储物柜以及讨论区组成。

1、教学区

投影仪及黑板区域

教学区主要是为了对学生进行理论教学使用，老师通过投影仪放映课件，进行理论教学，而且不再遵循普通的那种教室布局，学生更加自由，完全独立，老师是辅助的作用，完全体现了学生自主学习的理念。同时理论教学和实际动手区域完全融合。让学生随时动手，时刻尝试，是一种教学模式的创新。

2、加工台

加工区主要是学生动手实际操作的地方，学生在这里进行机械组装，机械制作、电路制作、电路焊接以及电路调试等。

学生自己设计的机械结构通过3D 打印机打印出来，或者通过台钻，虎钳让学生自己手工制作。然后自己装配到小车上，自己考量工艺性。

学生自己设计电路板，通过刻板机自己做出板子，自己焊接，通过示波器等进行调试。

加工区就是一个动手区，真正发挥动手学习的特点，让学生在动手中去理解理论，然后去得到一个属于自己的理解。

3、测试台

测试台，主要用于智能汽车的测试，包括重心重心测量调整，四轮定位参数调整和测试，以及其他的整车性能的调整和测试。这个过程培养的是学生自己去去测试参数验证结果的过程，这个是自主的，跟普通的实验完全不同。

4、实际赛道调试

学生将小车编程之后直接放在实际的赛道上进行调试，直接采集赛道的参数，进行编程修改，让学生自己犯错，自己纠错，自己去培训分析问题解决问题的能力，真正自己去学习并掌握知识。

二、 实验室功能

1、满足教学需求

智能创新实验室的创新在于他的通用性和扩展性。老师根据自己的教学目的和已经有的教学条件来开展智能创新课程。根据已经开课很多学校开课的情况分为以下几种：

1.1设置标配课程

直接以《智能车设计》作为选修课进行开课，设置2-3个学分，设置30个学时，其中理论课时8个课时，其他全部为实验课时。我们为理论课和实验课分别配备了教材和实验指导书。

理论课时：

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∙ 《基于智能汽车模型机械系统及整车调教》 《智能汽车硬件设计基础》 《智能汽车硬件模块设计》 《K60单片机资源及操作》 《KL25单片机资源及相应操作》 《智能汽车系统软件》 《智能汽车控制算法》 《智能汽车综合系统构建及调试》

*注：蓝宙电子提供正版的出版教材以及教学视频和PPT ，后者方便老师更方便指导学生进行理论教学。

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实验课时：

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《机械装配实验》 《单片机实验》 《电机舵机实验》 《CCD 实验》 《陀螺仪实验》 《摄像头实验》 《OLED 实验》 《综合实验》

*注：蓝宙电子提供实验指导书以及具体每个实验的实验视频，后者方便老师更方便指导学生进行实验。 拔高课时：

通过了普通智能创新课程的学生可以进入拔高课程，自行组建团队，三人一组，各有偏长，明确分工的进行团队合作，或者参加智能汽车大赛竞速组，或者参加智能汽车大赛创意组，或者其他的竞赛，形式多样灵活。

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1.2匹配现有课程 《微机原理》

直接利用智能创新平台上面的核心板，进行单片机的教学，让学生现场直接编程控制最小系统，具有直接感官的认识，充分体现了现场现物的教学模式，以理论动手为主。 《嵌入式控制》

直接利用智能创新平台上面的电路，在上面进行教学开发，学生在上面学习嵌入式编程，通过控制LED 灯、传感器、显示屏等。 《自动控制理论》

利用智能车平台，让学生在上面实现编程，通过搭建控制模型，控制小车的平衡和直立，直接将倒立摆模型应用于课堂，让学生拥有更加具体的操作认识。

更多的课程等待着我们加入相对应的应用中……

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1.3专业培训课程

（1）基础类（免费视频教学）

通过提供简单的设计例程让学生迅速入门到设计的过程中，然后通过学生自己搜集资料去学习如何设计，如何完成项目。

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《智能汽车教学平台关键结构CATIA 设计实训教程》 《智能汽车教学平台硬件电路Altium 设计实训教程》 《智能汽车教学平台控制软件 Matlab编写设计实训教程》

（2）专业类（收费）

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《智能车竞赛辅导培训》 《Altium 软件专业认证培训》 《 Matlab软件专业认证培训》

2.1实施步骤

2.2具体课程设计安排

⑴ 《智能小车整体装配实训作业指导书》

学生按照作业指导书完成智能小车的机械装配和硬件电路的连接，让学校对智能小车有比较系统的了解。

⑵ 《智能小车固定软件刷写作业指导书》

学生刷写已经有个各个软件模块，完成智能小车的各种简单动作，了解程序的构成，软件的编写，软件的刷写和调试构成。 ⑶ 《智能小车软件编写调试升级作业指导书》

学生按照要求完成软件的修改，完成各个模块的重新设计和编写，完成程序的再设计和再编写。

⑷ 每个学生有一个自己创新课题，在现有的平台上自己决定做什么方向，然后利用已经有的资源，达到自己课程设计的方向并且完成对应的任务。

3.1实施步骤

3.2毕业设计课题安排

根据智能车本身不同的方向分为机械、硬件、控制算法三类课题 《基于智能小车机械结构的设计与优化》 《基于智能小车硬件系统的设计与实现》 《基于智能小车控制算法的探究与实现》 根据智能车不同拓展区域分为：

机构设计：机械原理设计方向、汽车性能调教方面 硬件电路：电路设计方向（包括电路优化改进） 机电方向：机电一体化相关课题

信号方向：视频处理、信号传输、物联网等方向 系统控制：嵌入式系统构架，设计和优化

这个我们将结合各所学校课题建立课题库，并且实时更新，方便教学及学术交流。

4.1实施步骤

4.2研究生课题安排：

信号处理：《基于智能汽车的信号采集系统》 硬件电路：《基于智能汽车的电源系统设计》 机械设计：《基于智能汽车的整车设计及构造》

机电一体化：《基于智能汽车平台的控制系统搭建和构成》 系统控制：《基于智能汽车平台基于模型算法的搭建和调试》 老师还可以根据自己本身课题方向在智能车平台上延伸出更多具有特色的研究生课题，方便研究生研究和探索。 尤其是基于项目方向： 1、 汽车电子方向 2、 智能工业控制方向 3、 消费电子方向

在智能小车这个平台上进行更多的拓展和创新。 5.1 机械方面

在现有基础上彻底改造智能小车转向系统，重新设计更好的转向系统和机构，重新对小车进行机构上的创新和改造，比如悬架改造和创新等等。 5.2电子方面

重新设计电路，并且使用更加好的方案，利用电路实现更多更强的功能，比如加入电源管理系统、加入太阳能采集，加入无线充电等等其他功能。

5.3通信方面

利用不同的方式实现通信需求，比如蓝牙、无线wifi 等等，同时利用联网实现更多的功能需求，比如实现智能家居、车联网，安全监控等等。 5.4软件方面

利用智能小车平台实现不同的嵌入式控制系统

5.5实际应用领域 汽车

无人驾驶、主动安全（倒车雷达、偏航预警）、车联网、汽车网关等等。

工业

AGV 小车，自平衡车，视频采集识别系统，电源系统、电机控制系统等等。 医疗

医疗监控，医疗器械，医疗辅助设备等等 安全 视频监控、安全预警

6、满足职前教育需求

6.1企业人才需求

6.2特殊培养模式造就可用人才 (1)通过趣味培养吸引学习 (2)通过动手入门学习 (3)通过理论深入学习 (4)通过设计自主学习 (5)通过竞赛测评学习

(6)通过企业和学校无缝连接，真正实现培养社会可用之人

蓝宙电子做为飞思卡尔汽车电子方案提供商以及汽车电子培训商，拥有全国350家汽车电子零部件供应商以及16家整车厂的资源，能利用产业优势将产品项目及技术带入学校，真正让学生在项目中成长，在规范中学习，让高校教学真正融入到企业中，培养符合企业要求的人才。

三、 智能创新教学平台构成

包装采用高档布包，并且各个模块分开放置，使用方便，便于学生手提，另外，实验后，方便整理回收，便于管理。

智能创新教学平台主要由以下几个部分构成：

主要包括A 、B 、E 车三种车模。兼容三种平台，通过电路转接板完成电路和车模的连接。车模主要包括底盘结构、转向结构、舵机、电机、传动机构、电池等，给同学充分发挥的自由和能力。同学通过在上面进行打孔，改造加装电路等完成车模的组装，培养学生的动手操作能力。

其中C 车模是四轮着地，是采用双电机驱动车轮的；D 车模也是双电机驱动，不过D 车模是直立起来，自平衡；B 车模是四个轮子着地，是单电机驱动轮胎的。三个组别分别使用不同的车模，分别如下：

电磁组 摄像头组 光电平衡组

摄像头套件是为广大智能汽车爱好者专门设计的学习套件，套件主要包括电路组件、机械组件、调试组件以及相关调试软件组成，功能强大，是初级智能车学习者的最佳入门学习组件。 套件相比普通学习组件具有以下几个特点:

1、不只是电路；而是集成了机械、电子、软件的集成学习方案。 2、不只是拼凑；而是密切的联系，紧密的配合，你将学习到不同的知识和方法，提供更多的自由。

3、不只是例程；而是一个整体的程序，从底层到顶层，让你从无知者到程序高手。

2.1电路模块平台

硬件电路由最小核心板、主板、电源模块以及电机驱动模块构成。 最小核心板：

MK60DN512ZVLQ10系统板; MKL25Z128VLK4系统板; MCF52255CAF80系统板; MC9S12XS128MAL 系统板; 主板可以兼容四种单片机

主要单片机资源：

MK60DN512ZVLQ10系统板

MKL25Z128VLK4系统板;

MC9S12XS128MAL 系统板;

MCF52255CAF80系统板;

主板：

主板主要将单片机资源进行外围的扩展。

主板和最小核心板通过防止反插的插座相连接，一个主板上直接兼容四种芯片。

1、最小系统板接口：兼容4种最小系统

2、传感器接口：1个摄像头接口、3个线性CCD 传感器、1个电磁传感器接口

3、调试接口：蓝牙接口、串口接口、视频卡接口、按键、SD 卡 4、显示接口：OLED 接口

5、驱动接口：电源接口、电机驱动接口、舵机驱动、陀螺仪接口 6、反馈接口：编码器接口

电源模块：

舵机电源：

原装进口NCP3020芯片，为舵机提供稳定的工作电压； 输出电压可调，调节电压范围：2.94V~5.94V； 额定最大输出电流：1.2A ； 输入电压：7.2V~11V； 工作温度范围：0°~85°；

保护特性： 输入欠压保护，输出过压、欠压检测，输出短路保护。 CCD 用12V 电源：

原装进口MC34063升压芯片，输出12V ，精度±5%； 最大输出电流：0.2A ，完全满足Sony CCD使用； 输入电压：7.2V~11V；

工作温度范围：0°~85°； 精密3.3V 电源：

原装进口L6932降压芯片，输出3.3V ，精度±1%； 峰值输出电流：2A ；

额定最大输出电流：0.2A （11V 输入）； 自带过流、欠压、过温保护功能， 输入电压：7.2V~11V； 工作温度范围：0°~85°； 5V 电源

输出电压：5V ，精度±2.5%； 输入电压：7.2V~11V；

最大输出电流：200mA （10V 输入时）； 工作温度范围：0°~85°；

电机驱动模块：

原装进口英飞凌芯片，该驱动模块贴片默认为BTN7971，兼容BTS7960B （默认）、 BTN7960B 、BTS7970B 、BTN7970B 、BTN7971B ；性能比其它芯片更优秀。

◆ 一路电机驱动输出，单板典型最大电流68A ，最小在50A ；

◆ 增加总线驱动芯片74LVC245，提高信号驱动能力，同时隔离BTN7961和单片机，保护BTN7961和单片机芯片，防止BTN7961损坏后将电池电压直接输入到单片机，进而烧坏单片机控制引脚；

◆ 增加MIC5219电源芯片，为总线驱动芯片74LVC245提供电源，实现驱动芯片和单片机电平匹配。

◆ 电流采样电路增加滤波电路，电流信号经过滤波处理后输入单片机，采集信号更精确；

◆ 电机输出端增加压敏电阻，防止电机瞬间换向产生峰值电压进而损坏其它芯片；

◆ 板子布线进过优化，过电流能力强；同时也更有利于散热； ◆ 接口文字说明清晰，使用方便。

◆ 驱动板工作电压范围：7V~14V；最大不能超过16V ；

◆ 电机工作频率范围：0~25KHz;推荐驱动频率范围：3KHz~8KHz； ◆ 驱动板子工作温度范围：-10°~55°，BTS7971工作温度范围：-40°~150°，实际使用中控制芯片最大温度不要超过105°； ◆ 板子尺寸：39mm*66mm*1.6mm；

◆ 定位孔尺寸；M3螺丝。四角定位方式。孔间距：58mm*31mm； 传感器

1、线阵CCD

特点：

1、体积超小，尺寸（长22mm ，宽22mm ，高16mm ），重量轻 2、采用聚光透镜，成像清晰 3、 安装方便，易于组合安装 4、三线接口，采用 1mm 间距排线 5、可更换不同参数镜头

6、可选偏振片，用于消除赛道反光 7、提供上位机调试软件及下位机测试代码

2、摄像头

参数：

电源：DC+5V ±5% 光学尺寸：1/6″ 视场角：25°

最大像素：(H)664 x (V)492； 缺省有效像素：(H)640 x (V)480 最低照度：2.5 lux at f1.4 (3000k) 信 噪 比：> 48 dB 最大帧速率：30fps 扫描方式：逐行/隔行扫描 数据输出格式：

YCrCb 16bit/8bit selectable 60Hz 16 Bit YCrCb 4:2:2 - 640x480 60Hz 8 Bit YCrCb 4:2:2 - 640x480

RGB Raw Data Digital Output 16Bit/8Bit selectable CCIR601, CCIR656, ZV 端口：支持8/16 位视频数据 SCCB 接口：最大速率支持400 kBit/s

YCrCB 或YUV 输出格式：支持TV 或监视器显示

3、电磁传感器

参数：

供电电压：3.3V-6V 放大倍数：100-147倍

同时支持两路放大，单位增益频率带宽增大 赛道等相关设备

2.2机械相关配件 1、舵机机构

舵机支架 舵机摆杆 舵机拉杆

2、传感器支架

摄像头支架 线性CCD 支架 电磁传感器支架 机械结构：

1、 转向机构：舵机摆杆、舵机拉杆、舵机圆盘、球头、舵机支架 2、 传动机构：传动齿轮

3、 传感器固定：摄像头支架、编码器支架、碳素杆、法兰底座 4、 辅助：各类螺丝螺母，电路板固定等

2.3调试工具

1、程序刷写器、仿真器

通过仿真器将程序刷写到芯片上，然后通过仿真器进行参数的调节和仿真。 2、数据传输转换模块

USB 转TTL 蓝牙模块 无线模块

通过这些模块将系统上面的数据发送到电脑上面进行调试，也可以通过这些模块将车与车进行通信。

3、调试赛道

3.1、普通赛道

3.2、特殊赛道

4、自主学习电路模块

蓝宙电子作为智能车竞赛以及电子设计大赛全国电路模块销售服务商，具有大量学习的电路模块，学习在学习智能车教学平台的同时，可以通过购买其他相关模块或者项目的拓展和延伸。 1、 各类传感器模块 2、 各类继电器模块 3、 各种显示模块 4、 各种信号发生模块 5、 各种无线传输模块 6、 各种最小系统控制模块 7、 各种开发板

蓝宙电子网上交易平台：http://landzo.taobao.com

5、其他辅件

5.1 工具 电子工具

万用表、烙铁、示波器、函数发生器等 机械工具

工具箱、锉刀、螺丝刀、钻头、虎钳以及其他各种机械加工工具

5.2 耗材

电容、电阻、焊锡丝、其他各种芯片、线材等

6、软件平台

对于底层，直接提供代码和例程，并且封装好，便于使用；对于顶层提供构架模型便于仿真和调试，尽量做到拿起即用，入门简单，越深越有意思。 6.1 基础软件类

⑴ 程序框架及简单的IO 设计 ⑵ 定时器中断设计 ⑶ 键盘应用程序设计 ⑷ AD 转换应用程序设计 ⑸ 串行通信接口及外设接口设计 ⑹ 脉宽调制PWM 接口设计 6.2 应用软件类 ⑴摄像头采样程序设计 ⑵舵机转向程序设计 ⑶电机调速程序设计 ⑷速度信号采集设计 ⑸数据滤波算法设计 6.3 策略软件类 ⑴ 转向PID 模型设计 ⑵ 调速PID 模型设计

⑶ 模糊PID 模型设计 6.4 科研软件类

⑴基于模型算法的设计-代码直接生成

四、 课程如何开展

智能创新实验室作为一种新型的实验室，课程的开展也会根据不同的用途和功能需求而不同，形式多样，非常灵活。

1、作为教学来开展课程

案例一 西安交通大学 -开放实验室 学生自主 老师辅导

1、在自动化专业开设《智能车设计》必修课，2个学分 2、开放实验室，让学生都可以自主进入调试小车

3、人手一套智能车套件，自己组装，自己调试，几个老师同时负责多个队伍指导

4、普通教室开展理论教学（以蓝宙电子课件和书籍作为参考） 5、集中时间阶段性的进行实验验收和答辩 6、在实验室开放性的进行调试、比赛

案例二 宁波大学 -老师逐步教学，深入辅导

1、在自动化专业开设《智能车设计》选修课，3个学分 2、进行理论教学（在蓝宙提供资料基础上） 3、人手一套智能车套件，进行实验教学 4、集中时间阶段性的进行调试和答疑 5、在校内组织比赛

案例三 东北大学 老师答疑，学生完全自主

1、学生人手一套智能车教学平台、教材以及实验指导书 2、学生自己学习 3、平时向老师答疑 4、参加实验室调试和比赛

2、作为课程设计等其他需求来开展

1、直接在其他课程中进行教学演示，老师利用智能车其中的资源，让学生感受真实性，这个时候智能车平台作为一个教具来实现相关目的。比如刷入蓝宙电子提供的自平衡小车程序，通过具体讲解其中例程让学生认知更深刻理解自动控制理论相关知识。

2、老师直接提供蓝宙电子智能创新教学平台给学生，并且提出研发方向和要实现的目标，然后给出学生空间和自由，让其自由发挥，完成课程设计相关方向。

3、老师给出智能创新教学平台的资源，给出课题方向，让其自由创新，最后验收产品和作品。

3、学生参加智能教学方式和步骤

五、蓝宙电子创新教学愿景和计划

1、教学拓展

1.1、机械设计

1.2、信息采集-图像提取

通过图像传感器对路径进行识别和提取。延伸到路径规划、动态路径追踪、以及物体图像检测等领域。

具体产品技术应用：汽车的偏航预警、疲劳驾驶预警提醒；工业物体尺寸检测外观检测等等。

1.3、信息传输-无线传输

通过无线wifi 将信息传输到电脑或者小车，实现个体随时自由组网，实现车与车的信息交付，车与人得信息交换以及车与物的信息交互。 应用领域：物联网 车联网

1.4、电源设计

BUCK 、BOOST 和BUCK-BOOST 三种电源设计 应用：工业中各种电源系统的设计

1.5、电源管理

通过对电池电量的检测，设计出电池智能充放电系统，电池管理系统等课题。

应用：电池电量检测，电动汽车电池能量管理和回收。

1.6、电机控制

通过对BDC 的控制来达到熟悉电机控制要求。 应用：电动汽车以及大型工业电机的控制

1.7、控制系统设计

设计出智能小车的控制系统的硬件电路和软件算法 应用：各种机械的ECU 设计

2、创新实验室规划

2.1、智能小车作为载体和平台

首先，智能小车是一个完整的控制系统。包括：传感器、控制芯片、主板、伺服系统、反馈系统等等，所以能在智能车上面实现非常多的功能。其次智能小车具有可移动性，能够执行系统控制者的意图。我们计划在这个平台开展一个由易到难逐步加深的各个层次的学习平台。 2.2、各种电路模块配合使用

蓝宙电子本身作为电路模块的销售商，具体各种系列的电路学习模块，蓝宙电子将围绕着智能车教学平台打造从电路入门到最高级的卓越工程师的一系列教学产品，完全满足广大师生学习电路的热情。