一、任务
设计并制作一辆采用高速轴流风机驱动的气垫悬浮车。悬浮车测试赛道如图1所示。
二、要求
1．基本部分
（1）在图 1 所示测试赛道上不摆放障碍物，将气垫悬浮车放在启/停点上一键启动后，气垫悬浮车能在启/停点缓慢升起，悬浮高度大于 2mm，悬停时间大于 2s。
（2）气垫悬浮车由启/停点出发，沿测试赛道逆时针方向完成寻迹运行一周后，停在启/停点上。要求运行时间小于 180s，超时停止测试。
（3）完成气垫悬浮车在标识线 A 与标识线 B 之间往返运行控制，气垫悬浮车由 A点沿测试赛道逆时针方向出发，到达 B 后返回到 A，再由 A 折返到 B，最终停在启/停点上。要求运行时间小于 120s，超时停止测试。
2．发挥部分
（1）避障功能：将 2 个障碍物按要求摆放在测试赛道上 180cm 的直线段和标识线A、B 间弯道指定位置上。一键启动气垫悬浮车，气垫悬浮车能在启/停点缓慢升起并悬停，悬停时间不小于 10s，悬停结束后发出声光提示，然后按逆时针方向寻迹运行一周，在遇到障碍物时应绕过障碍物，发出声光提示，避障后返回到寻迹线上继续运行。运行一周后泊车在启/停点上，泊车后自动关机并进行定位检测。要求运行时间小于 180s，超时停止测试。
（2）2 个障碍物放置同上，气垫悬浮车由 A 点沿寻迹线逆时针方向出发，到达 B 点后返回到 A 点，再由 A 点沿逆时针方向行驶经过 B 点，最终泊车在启/停点上，泊车后自动关机并进行定位检测。要求运行时间小于 120s，超时停止测试。
（3）在运行中以语音方式实时播报运行信息。
（4）其他。
三、说明
1. 气垫悬浮车的悬浮与前进或倒退所需动力均由高速轴流风机来产生，所用高速轴流风机的数量和型号不作限制。对气垫悬浮车外形尺寸要求为：长度＜35cm、宽度＜25cm，高度＜20cm。不允许在车体上安装任何类型车轮，外形尺寸超标和安装有车轮均不予测试。
2. 在气垫悬浮车身上应标有明显的中心定位十字标识，便于进行停车定位测量。
3. 气垫悬浮车采用电池供电，在基本要求和发挥部分测试间隙允许更换一次电池，更换时间不大于 120s。
4. 黑色寻迹线宽度为 1.8cm，测试时测试赛道自带（不用封在作品箱中）。
5. 障碍物采用直径约 6cm，容积为 350ml 左右并装满水的矿泉水瓶，测试时自带。
6. 气垫悬浮车避障时只能从障碍物的左或右侧绕行通过，通过障碍后悬浮车应在距离障碍物 40cm 区间内返回到寻迹线上，气垫悬浮车如果触碰到障碍物或推动障碍物运行、没有在规定区间内返回到寻迹线上均扣分。
7. 停车定位检测要求：以场地上启/停点的十字线中心为基准，与车身上的十字中心
点距离不大于 10cm，超过距离扣分。
8. 要求气垫悬浮车能用语音模块来播运行信息，运行信息包括：悬停时间、循环
运行、躲避障碍数量、稳定停车等内容。
GPT-4o给出的设计方案：
一、系统概述
设计一个自动控制的气悬浮车系统，用于在指定的测试跑道上稳定移动和转向。系统包含气悬浮车、控制模块、传感器模块及驱动模块。
二、硬件组成
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气悬浮车主体
- 尺寸与材质：长 ≤ 35cm，宽 ≤ 25cm，高 ≤ 20cm。主体采用轻质材料，保证强度和耐久性。
- 气悬浮系统：高效风扇和气垫，为车体提供均匀、稳定的悬浮力。
- 驱动系统：直流电机或步进电机组合，提供前进和转向的动力。
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控制模块
- 控制器：选择 STM32 系列的单片机，负责整体控制逻辑。
- 电源管理：高效电池及电源管理模块，稳定供电，确保车体长时间工作。
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传感器模块
- 距离传感器：安装在车体前部，用于检测与障碍物或跑道边缘的距离，确保车体平稳行驶，避免碰撞。
- 陀螺仪和加速度计：实时监测车体的角度和速度，提供反馈用于姿态调整。
- 红外或激光传感器：用于检测标识 A 和 B 点的精确位置。
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反馈和驱动模块
- 驱动电路：高效直流驱动电路，控制风扇和电机的转速和方向。
三、软件设计
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初始化
- 启动控制器和传感器模块，进行系统自检，确保各组件正常工作。
- 设置初始位置和方向，准备开始任务。
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控制逻辑
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起点到 A 点：
- 启动气悬浮车，传感器实时监测车体悬浮高度，保持高度差 ≤ 2 mm，确保悬浮稳定，气悬浮时间不得小于2秒。
- 控制车体沿直线路径移动至 A 点，利用距离传感器和红外传感器进行路径跟踪和微调，确保不偏离跑道。
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A 点到 B 点：
- 在 A 点检测到位置后，按照预设路径实施转向，根据陀螺仪和加速度计反馈调整车体姿态。
- 调整至正确方向后继续前进至终点 B，完成180度转向实验。运行过程中保持高度稳定，避免碰撞。
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任务结束
- 到达终点 B 后，记录并保存行驶轨迹及相关数据。
- 控制气悬浮车停止并关闭控制系统。
四、校准与测试
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初次校准
- 校准地面传感器，确保检测精确度，调整气悬浮系统的风扇输出，保证车体稳定悬浮，悬浮高度稳定在约1-2mm。
- 校准距离传感器及陀螺仪，确保路径检测和姿态反馈的准确性。
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性能测试
- 在测试跑道上进行多次实地测试，检测系统在不同路径和障碍物情况的反应和调整能力，检查悬浮时间和行驶稳定性。
- 测试系统的响应速度和精度，确保在不同速度和环境下均能达到设计要求。
五、预期性能与注意事项
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性能目标
- 悬浮高度差 ≤ 2 mm，悬浮时间 ≥ 2 sec，悬浮力稳定。
- 行驶轨迹稳定，高度偏差小，转向灵活。
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注意事项
- 定期维护和检查气悬浮系统和控制模块，确保各部分性能稳定。
- 确保校准正确，传感器数据准确，以防止行驶偏差。
该项目考察的知识点：
本题目考察了设计和制作气悬浮车及其在特定跑道上稳定行驶的系统能力，涉及以下知识点：
- 硬件设计与实现：包括气悬浮车的尺寸设计、驱动系统、气悬浮系统和传感器模块的选择与集成。要求掌握轻质材料选型、高效电机与风扇的应用。
- 控制系统：需要设计用于气悬浮车运动控制的电子控制系统，利用STM32等单片机进行实时控制、数据处理和反馈调整。
- 传感器应用：包括距离传感器、陀螺仪、加速度计和红外传感器的应用，确保车体在跑道上的精准检测与定位。
- 软件实现：包括控制算法设计、路径规划、姿态调整和系统校准等。
- 测试与调试：进行系统的校准、性能测试，保证系统的可靠性和精度。
