Freescale Semiconductor ČR a Freescale Rumunsko, s podporou distributora autodráhy Carrera, firmou ConQuest entertainment, s.r.o, pořádá pro studenty elektrotechnických vysokých škol u nás, na Slovensku a v Rumunsku nový ročník soutěže Freescale Race Challenge (FRC), která vdechne mezi vývojáře mikroprocesorových aplikací závodní atmosféru. Úkolem zúčastněných studentů bude postavit a naprogramovat auto na autodráhu, které zajede nejkratší čas na 10+10 okruhů na neznámé trati.

Toto auto však nebude nikdo řídit - bude se řídit samo. Během prvního okruhu musí jet opatrně a trať si "osahat". Až rozpozná, že už jede druhý okruh, může podle předchozího mapování trati již očekávat, kdy přijde jaká zatáčka a kdy naopak rovinka.

V napájecích kolejnicích je stabilní napětí, auto si samo řídí rychlost. Mapování trati je založeno na použití akcelerometru, který měří odstředivou sílu působící na auto v zatáčkách.

Minulý ročník FRC2009 vzbudil ve studentech zájem o kreativní vývoj řídících algoritmů spolu se závodním nadšením. I letos zůstává podstata závodu je stejná. Přibývá však mnoho novinek, organizačních i technických.

Soutěž se rozrůstá

V česko-slovenském regionu jsme do soutěže zapojili další univerzity a plánujeme 7 univerzitních finále:

• ČVUT v Praze
• VUT v Brně, FEKT
• VUT v Brně, FIT
• TU Ostrava
• ZČU v Plzni
• STU v Bratislavě
• Žilinská Univerzita

Navíc stejnou soutěž přebírají i v Rumunsku, kde se pro začátek zúčastní 2 části Bukurešťské Politechniky. Z našich univerzit se může přihlásit celkem 100 studentů (nebo týmů), tedy 2x více než loni.

S tímto rozšířením souvisí i jedna zásadní a nutná změna, a to změna autodráhy. Česká autodráha FARO, která skvěle posloužila v prvním ročníku soutěže, je bohužel dostupná pouze v ČR a SR. Ze značek, které jsou rozšířené po celém světě, nám vyšla vstříc Carrera, a z jejich produktů jsme vybrali Carrera Evolution.

Soutěž se vylepšuje

Na základě připomínek, nápadů a zkušeností z minulého ročníku přinášíme tyto nejdůležitější novinky:

• autíčko je řízeno 32bitovým mikrokontrolerem MCF51JM s 64kB flash.
• autíčko se programuje přes USB.
• autíčko obsahuje slot na mikroSD kartu místo loňské EEPROM, což zjednodušuje přenos za jízdy zaznamenaných dat do PC a překonává omezení množství ukládaných dat.
• je možno startovat hned za časomírou, tedy ujet téměř celé první mapovací kolo v klidu bez měření času.
• když auto vypadne, může si ho dotyčný nasadit (před místo vypadnutí) a pokračovat.
• kromě hlavního závodu s hlavními cenami se soutěží ještě o zvláštní cenu ve vyřazovacím turnaji.

Ve vyřazovacím turnaji, který má být především atraktivní podívanou, budou závodit vždy dvě auta proti sobě, na takové souměrné dráze, že obě mají přesně stejnou dráhu a při průjezdu každým půlokruhem je jasně vidět, které a o kolik vede.

Podpora

Je připravena široká podpora pro soutěžící a zúčastněné university. Nachystali jsem dva balíčky podpory.

Balíček podpory pro každého účastníka obsahuje:

• Standardní auto na autodráhu Carrera Evolution Audi R8
• Tištěný spoj - referenční hardwarová platforma
• Součástky k jeho osazení (kromě rezistorů, kondenzátorů a diod)
  • 32bitový mikrokontroler MCF51JM64
  • 3D akcelerometr MMA7361
  • integrovaný H-můstek MC33931
  • miniUSB konektor
  • microSD patice
  • 8.000MHz krystal
  • 1A diodový můstek DB106S
  • 3.3V lineární napěťový regulátor
• On-line zdroje (přílohy k tomuto článku a odkazy zde):
  • vývojové prostředí CodeWarrior for Microcontrollers Special Suite (zdarma, omezení velikosti kódu na 64kB – přesně tolik má dodaný mikrokontroler)
  • kurz práce s CodeWarriorem
  • kurz základů jazyka C
  • vzorová aplikace ukazující, jak číst z akcelerometru, jak ovládat motor, jak zapisovat data na microSD kartu, ovládat LED, atd.
  • popis, jak postavit auto, nahrát vzorovou aplikaci do mikrokontroleru, rozjet auto na dráze, a za jízdy naměřená data přečíst na PC
  • dokumentace ke všem dodaným součástkám
    • Microcontroller MCF51JM64 http://www.freescale.com/files/32bit/doc/ref_manual/MCF51JM128RM.pdf
    • Accelerometer MMA7361 http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MMA7361L.pdf
    • H-Bridge MC33931 http://www.freescale.com/files/analog/doc/data_sheet/MC33931.pdf
    • miniUSB connector http://www.gme.cz/_dokumentace/dokumenty/832/832-177/dsh.832-177.1.pdf
    • microSD card slot http://www.soselectronic.com/a_info/resource/f/2900_serie.pdf
    • 8.000MHz Crystal http://www.gme.cz/_dokumentace/dokumenty/970/970-023/dsh.970-023.1.pdf
    • 1A Bridge Rectifier DB106S http://www.gme.cz/_dokumentace/dokumenty/924/924-009/dsh.924-009.1.pdf
    • 3.3V Linear Voltage Regulator LP2950 http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LP2950-D.PDF
  • návrh plošného spoje v Eaglu

Pro nahrávání aplikace do autíčka slouží miniUSB konektor na autíčku. V dodaném mikrokotroleru již je předprogramovaný USB-bootloader. Po připojení k PC se autíčko tváří jako vyměnitelná síťová jednotka a lze na ni nakopírovat soubor, který generuje CodeWarrior při překladu aplikace. Po odpojení od USB a postavení na dráhu se tato aplikace spustí. Toto řešení umožňuje jednoduché a rychlé nahrání aplikace, neumožňuje však krokování kódu. To může být jistým omezením při začátcích vývoje, jakmile se však s autíčkem začne jezdit na dráze, krokovat už ani nelze.

Pro záznam dat není již použita EEPROM, ale microSD karta (není součástí balíčku). Tím odpadají problémy s kapacitou a s přenosem dat z autíčka do PC.

Expanzní konektor na plošném spoji umožňuje rozšířit tuto referenční hardwarovou platformu o další prvky podle speciálních potřeb vývojáře a umožňuje i připojit BDM debugger.

Balíček podpory pro každou universitu obsahuje:

• základní set autodráhy Carrera Evolution a sadu rozšiřujících dílů pro sestavení různých testovacích okruhů (celková délka 12,9m)
  • 15x rovinka
  •   1x napájecí díl
  •   2x 1/4 rovinka
  •   2x 1/3 rovinka
  •   2x křížení drah
  • 13x zatáčka 1/60°
  •   2x zatáčka 1/30°
  •   6x zatáčka 2/30°
• originální digitální časomíru Carrera

Závody a ceny

Finálové závody se tentokrát uskuteční ne na dvou, ale na třech úrovních. Nejprve se pojedou univerzitní finále na každé vysoké škole zvlášť. Nejlepší postoupí do česko-slovenského finále v Rožnově pod Radhoštěm, kde si vítěz odnese peněžitou cenu 600 Euro. Potud stejné jako v minulém ročníku. Tentokrát však lze postoupit ještě výše, do velkého mezinárodního finále, utkat se s Rumunskými vítězi, vyhrát notebook, netbook nebo kindle (první 3 místa) a pozvání do Německa do Mnichova na Electronicu 2010, asi největší evropský veletrh v našem oboru. (Výčet cen je předběžný, ale nemáme v úmyslu jej nedodržet.)

Stručně k pravidlům soutěže

Pravidla soutěže jsou dvojí. Pro hlavní závod a pro vyřazovací turnaj. V obou případech jsou rozdělena do tří částí:

1. pravidla samotného závodění
2. vlastnosti dráhy
3. předpisy pro auta

Pravidla hlavního závodu popisují, že závodí každý zvlášť na čas. V prvním kole se jezdí 10 okruhů v pravé dráze, ve druhém kole 10 okruhů v levé dráze. Součet časů obou kol určuje výsledné pořadí. Autíčko lze položit na dráhu kdekoliv a čas se začne počítat až při prvním průjezdu časomírou. Při vypadnutí autíčka jej smí jeho majitel (v případě týmu jen jeden z týmu) nasadit.

Základní vlastností závodní dráhy je, že dráha je až do začátku závodu všem soutěžícím neznámá. Ví pouze tolik, že bude poskládána z dílů univerzitní dráhy, na které trénovali. Nebudou na ní žádná svodidla ani krajnice, jen zatáčky různých poloměrů, rovinky a nově překřížení drah.

Smyslem předpisů pro závodní auta je zaměřit studenty více na vývoj inteligence auta - samořídícího algoritmu, než na mechanická vylepšení. Všichni účastníci dostanou stejné auto Carrera Evolution Audi R8 a pravidla předepisují použít jeho karoserii, podvozek, motor, gumy a vodící díl. Přítlačné magnety je nutné z auta odmontovat. Bezdrátové ovládání je zakázáno. Na autě může být pouze jeden přepínač umožňující výběr jednoho ze dvou módů. Jeho využití je na studentech. Auto může být vybaveno jakoukoliv další elektronikou nad rámec referenční platformy, avšak vše se musí vejít dovnitř karoserie. Nově je celková hmotnost auta omezena maximem.

Pravidla vyřazovacího turnaje popisují, že vždy závodí 2 auta spolu, rychlejší postupuje, až po celkového vítěze. Soutěžící autíčka umístí na přesně určená místa na dráze a závod se startuje zapnutím napájení do dráhy. Vypadlé auto lze nasadit. Pokud se auta srazí na křížení drah, to, které vedlo (nejméně o půl kola), vyhrává.

Vlastnosti závodní dráhy jsou stejné jako pro hlavní závod. Navíc, tvar dráhy musí být symetrický, tak aby oba závodníci projížděli tvarem i délkou přesně stejnou dráhu.

Předpisy pro auta jsou stejná jako pro hlavní závod, takže se stejným autem se lze zúčastnit obou závodů, což také předpokládáme, že všichni udělají.

Kompletní pravidla jsou v přílohách.

Časový harmonogram

Do soutěže se lze registrovat od 1. do 15. listopadu 2009. Po té proběhne distribuce balíčků podpory. Následují asi 4 měsíce pro vývoj. V týdnu od 22. března 2010 proběhnou univerzitní finále na všech zúčastněných univerzitách. V pátek 9. dubna se bude konat česko-slovenské finále ve firmě Freescale v Rožnově pod Radhoštěm a Rumunské finále ve Freescale v Bukurešti. Velké mezinárodní finále proběhne 30. dubna 2010 v Brně.

Vítězové budou pozváni, aby předvedli svá autíčka v listopadu na veletrhu Electronica 2010 v Mnichově.

Registrace

Kdo se chce do vývoje vlastního auta pustit, může mezi 1. a 15. listopadem 2009 použít tento registrační formulář

Soutěžit mohou jednotlivci i týmy 2 studentů. Tým registruje jeden zástupce a do poznámky uvede jméno a email druhého člena. Maximální počet účastníků ze všech českých a slovenských univerzit dohromady je 100.

Závěr

Cílem soutěž je atraktivním způsobem vtáhnout studenty do řešení praktických problémů řízení a programování inteligentních algoritmů v reálném prostředí. Díky poskytnutým prostředkům se mohou rychle dostat k vývoji samotného řídícího algoritmu, jehož promyšlenost bude rozhodovat o vítězství.

Odkazy minulého ročníku FRC2009:

• Domovská stránka společnosti Freescale - http://www.freescale.com
• Domovská stránka autodráhy Carrera - http://www.carrera.cz
• Vyhlášení soutěže: http://hw.cz/FRC2009
• Reportáž z univerzitních finále: http://hw.cz/novinky/art2813-freescale-race-challenge-2009-zavody-na-univerzitach.html
• Reportáž z velkého finále v Rožnově pod Radhoštěm: http://hw.cz/teorieapraxe/mimochodem/art2877-freescale-race-challenge-2009-velke-finale-v-roznove-p-radh.html
• Zpráva Ing. Richarda Balogha: http://www.robotika.sk/events/09FRC/index.php
• YouTube video: http://www.youtube.com/watch?v=QArqoEMoyXY
• Časopis VUT v Brně: http://www.vutium.vutbr.cz/udalosti/u0904.pdf (strana 26)
• Článek Bc. Lukáše Palkoviče o vývoji samořídícího autíčka: http://www.robotika.sk/events/09svoc/palkovic.pdf
• Článek o soutěži a povrchní rozbor problematiky samořízení autíčka: http://www.proceedings2008.imcsit.org/pliks/45.pdf