基于MK60DN512VL010微控制器的電磁循跡智能車的設(shè)計(jì)

高世雄

摘要：本文是以飛思卡爾智能車比賽為背景，主要介紹了智能車的硬件結(jié)構(gòu)以及軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該智能車以MK60DN512VLQl0微控制器為控制核心，通過檢測通有20KHz 100mA的交變電流的導(dǎo)線產(chǎn)生的交變磁場為引導(dǎo)信號，經(jīng)過智能車采集、處理跑道信號，根據(jù)不同的跑道情況，自動做出不同的處理，從而實(shí)現(xiàn)自動循跡行駛功能。

關(guān)鍵詞：MK60DN512VLQl0型單片機(jī)；電磁傳感器；路徑識別與檢測

中圖分類號U4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0087-01

1.電磁循跡智能車的工作原理

該設(shè)計(jì)是以飛思卡爾智能車競賽的B車模，為智能車的主要設(shè)計(jì)平臺，通過安裝在智能車前的電磁檢測模塊作為智能車的“眼睛”，將電磁檢測模塊采集到的信息經(jīng)核心控制單元處理后，返回給舵機(jī)控制模塊來調(diào)整方向，并通過測速模塊來控制智能車的速度，用干簧管檢測停車起跑線，從而達(dá)到自動循跡的目的。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1核心控制單元

我們采用的是飛思卡爾公司的MK60DN512VLQIO芯片，它是以Cortex-M4為內(nèi)核的芯片，有豐富的片上資源，能夠滿足整個系統(tǒng)的控制需求

2.2電磁檢測模塊

電磁檢測模塊它能否正確判斷跑道的信息直接影響著K60控制單元能否正確的工作，而且檢測模塊要有一定的前瞻性，才能為控制單元做出正確判斷和處理留出充足的時間，經(jīng)多次測試與調(diào)整最終確定將電磁檢測模塊放在智能車前30cm～40cm的位置，使用6個工字電感檢測跑道上的交變磁場，電感會產(chǎn)生微弱的電壓信號，通過TLV2462運(yùn)放對電壓信號進(jìn)行放大，經(jīng)電路整形、濾波后，將采集的信號傳給控制單元進(jìn)行處理。以下為原理圖。

2.3電源管理模塊

因?yàn)檎麄€系統(tǒng)由多個模塊組成，而不同模塊的電壓需求也不同，我們采用了3.3V、5V、7.2V、6V四種電源管理方案，整個系統(tǒng)由一塊7.2V的電池供電，7.2V由電池直接給電機(jī)驅(qū)動模塊供電，其中核心控制單元電壓為3.3V電磁檢測和測速模塊的電壓為5V、舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊的電壓為6V。

2.4電機(jī)驅(qū)動模塊

該模塊我們采用了半橋集成驅(qū)動BTN7970，它是專門用于電機(jī)驅(qū)動的集成大電流半橋驅(qū)動芯片，它能夠占用很少的電路板的空間，同時能滿足大電流驅(qū)動電機(jī)的功能，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力。因?yàn)轵?qū)動芯片與控制單元的工作電壓不同，為防止控制單元損壞，我們在他們之間增加了74LS244起到隔離保護(hù)的作用。

2.5測速模塊

測速模塊，測速模塊我們采用的是歐姆龍200線編碼器，它具有較高的測速精度，同時能夠滿足滿足測速需求。

2.6舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊

該模塊我們采用的是S-D5數(shù)字舵機(jī)，通過輸出50Hz，不同占空比的PWM波，便可控制轉(zhuǎn)向，控制精準(zhǔn)快捷。

2.7停車檢測模塊

該模塊我們采用干簧管，來檢測位于起跑線下的鋼磁體，當(dāng)干簧管通過磁體時就會導(dǎo)通，從而產(chǎn)生一個跳變信號，以此來檢測起跑線。

2.8交互顯示屏和按鍵模塊

該模塊由0.75英寸oled屏幕、按鍵和撥碼開關(guān)組成，通過按鍵可以對智能車的一些參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)試、設(shè)置，不僅省去多次下載調(diào)節(jié)參數(shù)的麻煩，而且提高了調(diào)試的效率。

3.系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.1系統(tǒng)總流程圖

3.2初始化程序

在智能車工作之前要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為整個系統(tǒng)的運(yùn)行做準(zhǔn)備，其中包括時鐘初始化、I＼O口初始化FTM模塊初始化、中斷初始化等模塊，將各個運(yùn)行所需的模塊配置好后才能進(jìn)行下一步的工作。

3.3傳感器采集數(shù)據(jù)及處理

我們采用6個工字電感作為檢測電磁信號的傳感器，它們一字排開對稱分布在智能車的前瞻上，通過采集6路信號，對6路信號的進(jìn)行處理后找到中線，判斷出與真正信號線位置的偏移量，根據(jù)這個偏移量來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，為了減少電感值差異、電流幅值變化等不可控因素帶來的影響，我們對采集所得的6路數(shù)據(jù)都應(yīng)用歸一化算法，進(jìn)行歸一化處理，使數(shù)據(jù)更加的穩(wěn)定。

3.4舵機(jī)控制和速度控制

在舵機(jī)控制方面為防止舵機(jī)抖動太大，我們采用的PD控制算法，使舵機(jī)的轉(zhuǎn)向控制更加的平滑，而速度控制我們則采用PID控制算法，它能讓智能車在運(yùn)行過程中，速度的變化更加平滑，能夠更快更穩(wěn)的控制在設(shè)定的速度。

3.5起跑線檢測

當(dāng)檢測到起跑線的時候使智能車自動停車，采用中斷觸發(fā)的方式檢測起跑線，當(dāng)檢測到跳變時可認(rèn)為經(jīng)過起跑線，為防止在發(fā)車的時候誤判進(jìn)入中斷，我們在車發(fā)后10s后使能該中斷。

4.結(jié)論

在制作過程中我們對智能車的硬件進(jìn)行不斷的優(yōu)化，在主板上我們采用的是插接器件，極大的方便了車輛的維護(hù)，以及電路方面的升級。在軟件方面我們不斷優(yōu)化算法，結(jié)合智能車的實(shí)際對算法進(jìn)行改進(jìn)，尤其增加人機(jī)交互模塊以后使調(diào)試的效率大大提高，在調(diào)試方面，我們還沒有加入上位機(jī)，相信經(jīng)過我們后期的研究與發(fā)展，在智能車的調(diào)試方面會有更大的進(jìn)步，效率會更高。