基于KEA128微控制器的智能车教学实验平台开发

□陈 扬 陆善婷 张 婷

全国大学生智能汽车竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。2008年起，该竞赛被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一，是教育部倡导的全国大学生课外学术科技A类竞赛。2017年，该学科竞赛被列入中国高等教育学会《中国高校创新人才培养暨学科竞赛评估结果》19个竞赛项目之一。近些年，随着智能汽车竞赛学生的报名人数不断增加，出现了相应的学生入门教学和管理的问题。很多学生报名后，在学习智能汽车入门的过程中不间断地脱离大队伍。经研究得知，学生们的热情还在，只是入门门槛太高，尤其是对一些低年级没有相应专业知识基础的学生。针对学生入门难的情况，实验室专门设计了一款智能车教学实验平台硬件开发板，方便学生智能车入门学习。

一、总体设计

KEA128实验开发板整体设计框图如图1所示，包含多个外设和功能接口。

图1 开发板系统框图

开发板所用微控制器是恩智浦半导体公司的Kinetis KEA128系列MCU，该微控制器基于ARM Cortex-M0+内核，官方推荐其最高工作频率48MHz，具有单周期32位×32位乘法器，多达128KB内存、256B EEPROM和16KB RAM，工作电压2.7V～5.5V，闪存写电压2.7V～5.5V，工作温度-40℃～+125℃。主要用在汽车娱乐连接模块、DC/BLDC马达控制、BCM/HVAC和座位/雨刷控制等。近几年，组委会推荐使用Kinetis EA芯片，并特别设置专项奖金加以鼓励。在今年第十三届全国大学生智能汽车竞赛中被官方组委会指定为某些组别的微控制器。

开发板集成电源模块、电机驱动、舵机驱动、蜂鸣器等智能车基本需求外设，还配置了丰富多功能的外部功能接口，以保证开发板能满足学生各种智能车功能需求。经过半年时间学生测试，开发板满足全国大学生智能汽车竞赛的大部分组别入门学习需求。实验开发板实物图如图2所示，下面分别介绍开发板主要功能模块。

图2 实验开发板实物图

(一)最小核心系统模块。采用KEA128系列微控制器芯片S9KEAZ128AMLH，并配置了SWD调试烧录接口、时钟电路、复位电路以及相应的滤波电路。

(二)电源模块。由官方组委会指定7.2V Ni-Cd充电电池供电，转化为3.3V、5V、6V以及12V直流电压以提供开发板各个硬件模块所需电源。

(三)电机驱动模块。该双电机全桥驱动采用低内阻MOSFET芯片，控制方式采用双PWM输入差分法，适应当前智能汽车竞赛官方指定车模的各种型号直流电机。

(四)变阻器。开发板设置2个变阻器，设定为电路电阻分压，一个用于相应程序阈值硬件设定，另一个用于程序模式设定。

(五)蜂鸣器。选择了直径9mm的小尺寸电磁有源蜂鸣器，方便程序预警设置。

(六)OLED接口。配置硬件显示屏模块，以方便程序参数观察以及调参工作。

(七)其他接口。可根据需求配置光电传感器、电磁传感器、超声波传感器、陀螺仪传感器等模块实现智能车循迹避障以及自平衡这样的基本功能，具备2路编码器信号接口实现智能车测速功能，还具备1个串口接口方便接入蓝牙模块、WIFI模块这样的无线通信模块。

二、测试效果

开发板适用于当前智能汽车竞赛组委会所指定的A、B、C、D、E、F类型官方车模，可根据需求接入官方指定型号的舵机、单双路电机、单双路编码器、陀螺仪加速度计等智能车常用硬件设备，减轻了前期学生们智能车入门所面对的硬件难题，提升了学生智能车入门学习信心。在智能车入门后，学生们也具备了自行设计智能车硬件电路板的相应能力。

三、结语

本文以追求减轻大学生智能汽车竞赛入门难度为前提，提出了智能车教学实验平台思想，设计了功能全面的智能汽车竞赛硬件开发板。开发板经过不断的测试改进，目前确认了当前的硬件电路，该开发板硬件成本低、尺寸小巧，适用于各组别智能车赛学生入门，达到了预期设计目标。随着智能汽车竞赛逐年难度的提升，相信该开发板也会有更深层次的提升，不断适应学生们智能车竞赛入门需求。