基于飛思卡爾單片機的智能小車設計與制作

李海波　陸善婷

【摘要】本設計以飛思卡爾單片機MK60DN512VLL10為核心芯片，通過信號收集處理并控制智能車各個硬件，實現對小車的遠程遙控控制，避免碰觸障礙物，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙物，行駛時間、速度、里程的顯示等幾大功能，并對其功能進行測試，整個控制系統設計結構簡單，電路功耗低，所用元器件低價高性能，可靠性強，測試結果與預期結果一致。

【關鍵詞】飛思卡爾單片機 電機驅動 紅外遙控 超聲波避障 紅外避障

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）07-0224-01

引言

近年來汽車工業迅速發展，其中無人駕駛更受汽車工業發面的重視，道路識別、前進、倒車、紅綠燈檢測、道路行人識別與避障、速度控制等都是汽車工業無人駕駛方面的重要內容，與此同時，關于汽車方面的研究也越來越多。全國電子競賽、各高校電子競賽、飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽等都有一智能車設計為題材，參設競賽，可見智能車方面的研究已越來越受關注。越來越多的高校都開始重視這方面的研究，可見其具有重要的研究和推廣意義。

1.系統總體設計概述

智能小車大體可分為由車體地板、單片機、電機、舵機、超聲波傳感器、紅外對管、紅外遙控等模塊組成（見圖1）。小車以飛思卡爾單片機K60為控制核心，實時監測接收由紅外對管傳感器、超聲波傳感器、紅外遙控傳感器發送出來的信號，并對其信號進行解密處理，提取有效信號，控制舵機的轉向、電機速度、液晶顯示，和障礙報警。

2.電機驅動電路

本設計由兩個BTS7970構成的H橋驅動電路實現驅動（如圖2）。由于采用了高性能的驅動電路，在程序上運用PWM波控制控制電機的轉速和啟停，加上使用編碼器準確的測速，利用PID算法控制PWM波，當編碼器將速度信息返回給單片機后，單片機自動進行比較給定的速度和實際測量的速度，然后將差值反饋給PID，通過適當的PID算法控制電機的PWM波，使得電機速度快速達到預定值。

3.避障、循跡模塊電路

采用紅外避障、循跡傳感器，這是一種由紅外發射管與紅外接收管共同構成的光電傳感器。光電開關就是利用這種電信號的變化而設計的。當這種電信號比較強時，說明有障礙物反射了紅外發射管發出的紅外線，光電開關為關狀態，當電信號較弱時，說明沒有障礙物反射紅外線，觀點開關為關狀態， 紅外避障傳感器就是利用光電開關的這一開關特性而設計的。當檢測到障礙物時，光電開關為關狀態，單片機采集到這個信號后，立即對舵機、電機的狀態進行改變，已達到避障的目的。

4.遠程遙控

針對遠程遙控技術，本設計中使用了目前使用較為廣泛的一種通訊和遠程遙控技術，由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。

本設計使用一體化紅外線接收器，是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸。

5.系統軟件設計

本設計采用模塊化設計方法，在AIR Systems環境下采用C語言編寫程序。相關程序主要包括主程序、無線接收、電機驅動、避障、循跡、舵機控制、速度控制、按鍵、液晶顯示等程序模塊。

單片機通過不斷的循環檢測各個模塊發送過來的信號，當檢測到有無線遙控信號時，立刻切換到遙控模式，然后進行相應的動作，如果沒有檢測到無線信號，則繼續進行自動行駛模式，根據避障、循跡、超聲波等模塊采集到的信號，自動進行相應的動作，比如電機的速度控制、舵機的轉角控制、液晶顯示、障礙報警、脫離賽道報警等動作。

6.總結

本設計使用了在汽車工業領域的芯片行業具有一定主導地位的芯片公司（飛思卡爾）所生產的32位核心控制器——MK60DN512VLL10單片機，其具有多路時鐘發生器（MCG），配置有四種時鐘：內核時鐘（core）、總線時鐘（bus）、外部總線時鐘（FlexBus）、Flash 時鐘（Flash clock），最高時鐘的頻率高達180MHz，具有高速的運行能力，另外帶有看門狗電源模塊，通過程序控制可達到待機狀態，具有低功耗的優點。利用此款單片機設計一輛可智能避障行駛前進，外加各種數據采集、顯示實時行駛情況，故障、危險報警等一系列動作的全自動小車。

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