智能车竞赛无人机协同系统设计与实现

1. 飞跃雷区组别竞赛规则解析

全国大学生智能汽车竞赛中的飞跃雷区组别是一个极具挑战性的比赛项目,要求参赛队伍设计并制作一套由无人机和地面车辆组成的协同系统。这个组别的核心任务是让无人机在空中识别信标灯位置,并通过有线连接指挥地面车辆移动并熄灭信标灯。

1.1 比赛基本流程

比赛计时从第一个信标灯亮起开始,直到最后一个信标灯熄灭结束。典型比赛流程包括:

  1. 选手使用遥控器手动控制无人机起飞并悬停
  2. 选手示意裁判可以发车后,不得再操作遥控器
  3. 信标系统开始工作,灯亮后无人机检测信标并指挥小车灭灯
  4. 所有灯灭完后,小车停止运行,计时结束
  5. 选手手动控制无人机降落

1.2 设备规格要求

参赛设备需要满足以下基本规格:

  • 无人机尺寸(含桨叶和保护罩)需能放置在50cm×50cm方框内
  • 地面车辆高度不得超过30cm
  • 无人机必须配备全包围保护罩,网眼尺寸不大于5cm
  • 无人机与地面车辆之间必须通过有线连接(允许使用电滑环)

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2. 硬件设计与选型要点

2.1 无人机系统设计

2.1.1 飞控系统选择

飞控处理器可以使用英飞凌、STC、NXP或龙芯单片机。值得注意的是,虽然规则最初限定较严,但为降低参赛门槛,现已放宽到允许使用这四家赞助商的多种MCU。

重要提示:飞控系统中不得使用成品航模遥控器进行控制,比赛开始后必须完全自主运行。

2.1.2 传感器配置

允许使用的传感器包括:

  • 光流传感器(如UP-FLOW_02-3C、PWM3901等)
  • 陀螺仪/加速度计(不限制品牌)
  • 摄像头(如OV7725)
  • 红外传感器(用于定位地面车辆)

特别注意:光流传感器如果自带MCU进行数据处理,则不允许直接使用成品模块,需要自行设计电路板。

2.2 地面车辆设计

2.2.1 主控系统

地面车辆的主控必须使用CYT系列单片机(TRAVEO),这是硬性规定。主控板需要自制,并标注队伍信息。

2.2.2 定位标识

地面车辆需要安装定位标识供无人机识别,可采用以下方案:

  • 红外LED阵列(可直接点亮,无需驱动芯片)
  • 紫外灯(365nm波长,允许肉眼可见少量紫光)
  • 可见光LED(必须使用英飞凌指定驱动芯片)

2.2.3

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