基于飛思卡爾芯片的智能車設(shè)計

陳定光 吳德林

摘要：本文所設(shè)計的智能車，主要選擇32位飛思卡爾芯片為控制平臺，運用陀螺儀和三軸加速度傳感器檢測小車直立的狀態(tài)，在此信息上進(jìn)一步處理以控制電機的轉(zhuǎn)向和速度，通過實時比較控制算法實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。測試表明，該智能車能夠很好地進(jìn)行站立、加減速和過障礙，可以實現(xiàn)對應(yīng)于不同形狀的道路予以相應(yīng)的控制策略，能夠快速穩(wěn)定地完成整個跑道的行程。

關(guān)鍵詞：32位飛思卡爾芯片;自動尋跡;自動避障;閉環(huán)反饋控制

引言

智能車的研究始于20世紀(jì)50年代初美國 Barrett Electric 公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。1974年，瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配工廠與Schiinder-Digitron公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的AGVS，并由多臺該種AGVS組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運輸工具。20世紀(jì)80年代，伴隨著與機器人技術(shù)密集相關(guān)的計算機、電子通信技術(shù)的飛速發(fā)展，國外掀起了智能機器人研究熱潮，其中各種具有廣泛應(yīng)用前景和軍用價值的移動式機器人受到西方各國的普遍關(guān)注^【1】。智能車的性能主要由機械結(jié)構(gòu)、硬件和軟件三部分決定。機械結(jié)構(gòu)是智能車能夠行駛的根本，智能車車有了一定的機械結(jié)構(gòu)，再加上相應(yīng)的硬件和軟件，就構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)。

1.硬件設(shè)計

（1）核心板的設(shè)計

32位Kinetis系列列單片機MK60是硬件系統(tǒng)的核心部分^【2】，用于智能車的整體控制，包括信息的采集處理和輸出，其最小系統(tǒng)板如圖1所示。

（2）電源模塊的設(shè)計

系統(tǒng)的正常工作要有穩(wěn)定可靠的電源保障。系統(tǒng)中需要的電壓值主要有：7V，5V，3.3三種。7V電壓主要為電池接入口處，一路為直接為電機驅(qū)動供電，另一路經(jīng)過兩片LM2940芯片分別產(chǎn)生兩個5V電壓值。5V電壓有兩路，其中一路為光電碼盤供電，另一路為穩(wěn)壓器1117供電，為主控、CCD、三軸加速度陀螺儀提供3.3V電壓。這種兩路5V供電的設(shè)計，可以減小直流電機開啟瞬間電壓變化影響，避免了單片機因電壓值減小引起的復(fù)位及CCD接受電壓變化。

（3）電機驅(qū)動電路的設(shè)計

電機驅(qū)動模塊采用BTS7970和H橋配合：74HC244驅(qū)動MOS管，MOS管驅(qū)動電機，這樣不但滿足電機驅(qū)動需求，而且驅(qū)動散熱好，避免了溫漂帶來的影響。電機驅(qū)動通過IN1和IN2引腳輸入PWM波形，以此調(diào)節(jié)驅(qū)動OUT1，OUT2引腳輸出電壓，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)動速度，以及正反轉(zhuǎn)和拐彎，達(dá)到不同的控制效果

（4）編碼器

光電編碼器，作用是反饋當(dāng)前速度，使整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。我們應(yīng)用的是龍邱的光電編碼器，由于兩路電機分別控制，所以要用兩個光電編碼器。該編碼器電源電壓為3.3V-5V。

2、軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)部分主要包括：系統(tǒng)初始化、圖像采集、圖像處理、車道判斷、舵機打角、電機控制以及速度反饋處理等。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

3、結(jié)論

本智能車系統(tǒng)設(shè)計以32位微控制器MK60為核心，通過一個CMOS攝像頭檢測模型車的運動位置和運動方向，用歐姆龍編碼器檢測模型車的速度并使用PID控制算法調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和舵機的方向，完成對模型車運動速度和運動方向的閉環(huán)控制。為了提高智能車的行駛速度和可靠性，采用了自制的電路板，在性能和重量上有了更大的優(yōu)勢，對比了各種方案的優(yōu)缺點。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計方案可行，結(jié)論正確。

參考文獻(xiàn)

[1]卓晴、黃開勝、邵貝貝等編.學(xué)做智能車—挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007。

[2]雷霏霖，粱志毅，基于CMOS傳感器OV7620采集系統(tǒng)設(shè)計，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2008。

[3]孫同景，F(xiàn)reescale 9S12 十六位單片機原理及嵌入式開發(fā)技術(shù)。機械工業(yè)出版社，2008。

[4]王名發(fā)，江智軍，郭鵬，基于OV7620攝像頭智能車道路信息視頻采集及處理研究，南昌：南昌大學(xué)。

作者簡介：陳定光，男，2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目主要負(fù)責(zé)人。

吳德林，男，講師，2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目指導(dǎo)老師。

（作者單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院）