基于飛思卡爾單片機的智能車設(shè)計分析

梁峻愷

摘 要 當今的汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)面向智能化驅(qū)動的趨勢發(fā)展，大量集成先進的高科技被加載于人工智能車之中，例如智能傳感器、通訊傳媒、計算機技術(shù)等。智能車的研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的相異性，對智能車的使用時限、安全性能、速度性能等因素也要求各異，所有這些因素均加大了智能車的研發(fā)難度。文章基于飛思卡爾MC9S12XS128單片機作為智能車控制系統(tǒng)的核心，對智能車的設(shè)計進行綜合分析。

關(guān)鍵詞 單片機；智能車；飛思卡爾；設(shè)計

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0021-01

全球第一輛無人智能驅(qū)動車的研發(fā)制造出現(xiàn)在1953年，該類型智能車借助于埋線電磁感應(yīng)技術(shù)實施路徑跟蹤服務(wù)。當今隨著傳感器技術(shù)不斷持續(xù)進步，更基于智能算法的持續(xù)優(yōu)化，使得無人控制智能車的設(shè)計技術(shù)與水平一路走高，愈發(fā)高度的集成化技術(shù)也漸漸顯現(xiàn)。本研究涉及的智能車，一方面將飛思卡爾單片機作為控制核心，另一方面借助車體自帶攝像頭與紅外技術(shù)傳感器共同探測路況引導線，確保車身沿預(yù)先設(shè)定的路線行進。

1 智能車的整體設(shè)計思想

該研究涉及的智能車控制核心采取的是飛思卡爾MC9S12XS128型號單片機，它隸屬于十六位系統(tǒng)的飛思卡爾類單片機，其內(nèi)部構(gòu)成分為兩個大類，一邊是CAN功能模塊，另一邊為單片機基本功能模塊。將飛思卡爾MC9S12XS128型單片機作為該智能車的核心控制部件與大腦，能夠?qū)嵤┞窙r引導線和坡度的探測，以此為有關(guān)數(shù)據(jù)信息和管控驅(qū)動的伺服電機帶來指導。細致劃分，該款智能車設(shè)計總共分為五大模塊，即供電模塊設(shè)計、電機驅(qū)動模塊設(shè)計、速度數(shù)據(jù)探測模塊設(shè)計、舵機驅(qū)動轉(zhuǎn)向管控模塊設(shè)計和傳感器探測模塊設(shè)計。

2 智能車的硬件設(shè)計

1）驅(qū)動電路設(shè)計。該款智能車直流電機整體的特性將會受制于驅(qū)動電路的特性，驅(qū)動電路性能優(yōu)異，該款車直流電機整體水平便可以獲得充分的施展，車身整體便有了高性能的驅(qū)動體系。該款智能車后輪驅(qū)動電機采取7.2 V額定工作電壓，0.5 A空載電流。當該款車后輪驅(qū)動電機加上3.3 A工作電流后，電機的轉(zhuǎn)動速度便可高達1.4萬轉(zhuǎn)/min，因此后輪驅(qū)動電機的工作效率也取得了最優(yōu)化。鑒于電機驅(qū)動模塊管控電壓體系，該款智能車不僅獲得加速前進功能，同時也可實施制動功能。

2）電源模塊電路設(shè)計。智能車的驅(qū)動力由電源模塊供給，供給電路中的芯片功能的實現(xiàn)必須借助于穩(wěn)固的電源電路。將驅(qū)動電路的電壓模式規(guī)劃為直流方案，再加上電壓含有5 V與7.2 V的區(qū)別，該款智能車電池基本電壓為7.2 V，當需要5 V電壓供給時則實施電壓轉(zhuǎn)化。該類型芯片輸入電壓最大值可達26 V，工作溫度低達﹣40℃，高達125℃，運行環(huán)境寬廣，所輸出電流值為1 A。實驗電壓的紋波極小，可以完成運行目標。所以，能夠?qū)⑵渥鳛橹悄苘囍绷麟妷恨D(zhuǎn)換芯片格式。

3）機械模塊設(shè)計。借鑒靈巧規(guī)劃的理念，最大可能的使車身的重心下降，除精巧規(guī)劃并設(shè)計出合理有效的機械零件體型、電路板體型外，尚需細心調(diào)制車體的后傾角、內(nèi)傾角與避震等模塊，只有這樣，整體車身才會擁有優(yōu)異的轉(zhuǎn)向特性。至于舵機安裝領(lǐng)域，借助于加置舵機的轉(zhuǎn)向構(gòu)件，從而提高車身車輪的轉(zhuǎn)向速度與性能。借助該種思想與設(shè)計，便可于極大水平上加大該款車實施轉(zhuǎn)彎過程的轉(zhuǎn)矩。

4）傳感器模塊。在速度傳感器領(lǐng)域，早在車輛規(guī)劃設(shè)計早期，基于易于調(diào)試的目的，加入了開環(huán)控制之思想確保車身行進過程中的平穩(wěn)性，但卻是以犧牲車輛行進速度的代價為前提，因此借助于車身上安裝速度探測部件，同時引入開環(huán)控制方案，上述問題便迎刃而解。通過實際經(jīng)驗與文獻調(diào)研分析，能夠借入的測速部件可分為槽型光耦、測速電機、射光耦、測速電機等幾大類。本研究采用的是槽型光耦類測速部件實施速度探測。

3 智能車的軟件設(shè)計

1）主程序算法。模塊化設(shè)計思想與方案總體來說是先將每個分隔的驅(qū)動程序解決實施，之后對每個部分子程序分別完成工作，總共包含許多程序沒款，如速度探測功模塊、模式選定模塊、速度與方位控制模塊、攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊、路況信息數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、功用指示模塊等等。其中的控制算法包括光電管電路控制算法、循線模擬控制算法與PID控制算法三大類。主程序算法的實施第一步是實施各模塊初始化功能，待各模塊均響應(yīng)后完成主控程序切入步驟，第二步是實施信息數(shù)據(jù)收集與處理工作，第三步是完成整體車身的速度與方向的調(diào)控功能，當相應(yīng)功能主體收到路況起跑線兩次的信號時便啟動停車功能。

2）PID算法。PID算法的根本思想是反饋調(diào)節(jié)控制，借助該優(yōu)異的調(diào)控算法，能夠在參數(shù)多變、控制模型不可控的實施對象中獲得非常滿意的處置結(jié)果。在該款智能車具體借鑒PID控制算法過程中，將信息反饋數(shù)據(jù)作為單片機脈沖反饋，借鑒該車具體狀況從而實施預(yù)設(shè)門限值的調(diào)控。計算所得的偏差值，必須將電機所轉(zhuǎn)的齒輪數(shù)去掉期望齒輪數(shù)，再乘上相關(guān)系數(shù)，便可計算出脈沖寬度控制的占空比數(shù)據(jù)。掃描每行的周期是64 us，間隔六行進行一行圖像的采集，每行里添加了PID后，PID子程序的處理時間就需要保持在5×64 us內(nèi)。綜合分析后，選定PID采樣的周期是20 ms，進行一次PID調(diào)節(jié)就采集一次場，這樣就符合了智能車控制速度的需求。

3）循跡算法。一般單片機智能車實施尋跡的內(nèi)在機制可歸結(jié)為：首先實施矩陣掃描，其后將矩陣行值傳輸至光電傳感器，所輸出的四個信號被存放在兩個地址列中的低四位下，按高低順序可表示為：低四位依次指代：前方、左前方、右前方、后方，掩蓋掉高四位，將它們作為此次信號值。隨之在邏輯上處置此次信號數(shù)據(jù)和上次解決后的信號值，將新方向作為智能車行進的方向。在引入切換與優(yōu)先級次序過程中，先從內(nèi)層切換到外層數(shù)據(jù)，兩次判別外層輸入數(shù)據(jù)，解決內(nèi)層為妥善解決的像曲線斷續(xù)與拐彎問題等。若該智能車前方、左前方、右前方等三個方向均未探測到路面引導線，即僅有后方傳感器探測到有效信號時，能夠借用引入的糾錯原理，實施智能車車身先后退至前方傳感器探測出前方引導信號為止的策略。

4 總結(jié)

在飛思卡爾MC9S12XS128類型單片機基礎(chǔ)上實施的各功能模塊規(guī)劃設(shè)計，最大限度的使用了單片機自身資源，加深該款智能車穩(wěn)固的行進導向性能，避免了人工智能車易于偏離預(yù)定軌道的問題的發(fā)生，具有重要的研究與應(yīng)用價值。

參考文獻

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