一種光電平衡智能車設(shè)計(jì)

陳木桂 張謙 黃睿 馬澤龍 歐周

摘要：設(shè)計(jì)的光電平衡智能車方案以MC9S12XS128微控制器為核心控制器，采用TSL1401系列線性CCD作為采集跑道數(shù)據(jù)信息的傳感器，用以對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理、計(jì)算分析后得出小車的行駛路徑。在小車的直立、速度、方向控制上，硬件選擇的是飛思卡爾公司的加速度傳感器MMA7260、村田公司的陀螺儀ENC-03，軟件控制采用PID控制算法，根據(jù)跑道的不同要求設(shè)計(jì)不同的控制策略。由于小車是直立兩輪行走，需要對小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行設(shè)定，提高小車直立地在跑道上行走的穩(wěn)定性。在調(diào)試方面，通過使用串口、LED狀態(tài)指示燈等調(diào)試工具進(jìn)行大量的硬件與軟件測試，以此得出最終的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)實(shí)際結(jié)果測試，該智能車設(shè)計(jì)制作方案確實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：智能車;MC9S12XS128單片機(jī);直立控制;線性CCD;PID

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0076-05

隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械的智能化已經(jīng)被廣大群眾所需要，而智能車輛則是其中的一個研究方向。智能車不需要經(jīng)過人為操控就能按照設(shè)定，自動行駛在道路上，能自行智能判斷處理前方出現(xiàn)的各種道路情況。智能小車是在發(fā)展現(xiàn)代智能汽車的背景下興起的一個設(shè)計(jì)項(xiàng)目。如現(xiàn)在的全國大學(xué)生智能車競賽[1]，就是這類項(xiàng)目。競賽要求不同組別的賽車在使用每組不同設(shè)定的汽車模型的基礎(chǔ)上，在一系列單片機(jī)中選擇適合的作為汽車核心控制模塊，再加上如電機(jī)驅(qū)動電路等其他電路，另外還有重要的用來識別道路的傳感器，配合程序的編寫，制作一個能夠辨認(rèn)給定的路線，并在行駛過程中智能地作出反應(yīng)，無須人為操控的模型汽車。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是光電平衡組的方案，采用TSL1401CL線陣CCD傳感器作為路徑檢測采集模塊、16位微控制器MC9S12XS128作為控制核心、陀螺儀和重力加速度計(jì)用來進(jìn)行傾角計(jì)算、編碼器采集計(jì)算車體速度、電機(jī)驅(qū)動電路運(yùn)行電機(jī)等作為小車的主要硬件組成部分，配合適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄗ鳛樾≤嚨能浖到y(tǒng)，其中穿插各種不同參數(shù)的調(diào)試，最終得到一個可以直立穩(wěn)定行駛的智能車。

一、總體設(shè)計(jì)

智能車是在規(guī)定的車模框架上，搭建設(shè)計(jì)好的硬件結(jié)構(gòu)，再通過各類傳感器收集到的信息傳輸?shù)胶诵目刂茊卧M(jìn)行分析計(jì)算處理，傳輸適當(dāng)?shù)闹噶畹诫姍C(jī)，使其能適應(yīng)各類跑道信息元素，完成循跡任務(wù)。本文采用了光電平衡組的方案，光電平衡組要求小車使用兩個輪子，車身穩(wěn)定直立地在跑道上循跡行進(jìn)。因此，平衡小車的控制系統(tǒng)主要包括直立控制、速度控制、方向控制。

1.直立控制。平衡小車選用的模型由兩個電機(jī)來控制，車模所需要的直立控制在這里是由負(fù)反饋進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)的[2]。直立小車與日常常見的車模不同，只有兩個輪子接觸地面，并只通過兩個輪子行駛，所以小車在每一時刻只會在車輪前進(jìn)或者后退這兩個方向上傾斜。因而要控制小車的平衡，只需要控制輪子的前后加速（電機(jī)正反運(yùn)動），抵消在一個維度上小車前后傾斜的趨勢就能達(dá)到預(yù)期的效果。

要達(dá)到車體不同時刻的平衡需求，就需要知道此刻車體的傾斜角度。本設(shè)計(jì)選用重力加速度傳感器MMA7260來測量車模傾角。MMA7260是一款三軸加速度計(jì)，可以測量三個方向上的加速度模擬信號，用于計(jì)算三維加速度。因?yàn)檐囎釉谛旭倳r抖動較大，會使得通過加速度計(jì)計(jì)算出的加速度與實(shí)際數(shù)值產(chǎn)生偏差，以致無法根據(jù)輸出信號準(zhǔn)確得出車模的傾角。所以，在加速度計(jì)的基礎(chǔ)上，再增加陀螺儀ENC-03，ENC-03利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會受到科里奧利力的原理，在器件中利用壓電陶瓷做成振動單元，當(dāng)旋轉(zhuǎn)器件時會改變振動頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。對陀螺儀的角加速度進(jìn)行積分，使之跟隨重力加速度計(jì)的測量值，可獲取一個平滑的傾角值，利用該傾角值進(jìn)行PD計(jì)算并控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)以維持小車直立。

2.平衡小車的速度控制。平衡小車的速度控制是通過正反饋來實(shí)現(xiàn)的，如果在小車處于平衡的狀態(tài)下，給小車一個前進(jìn)速度，車模就需要往行駛的正方向上傾斜，以得到加速度。但從直立控制方面來說，前傾角需要車輪在反方向上運(yùn)動得到，車輪會向后運(yùn)動。如此循環(huán)往復(fù)，小車很快就會倒下。如果初始化時先給定小車一個向前的傾角，直立控制調(diào)節(jié)為保持車體直立狀態(tài)，會加速前進(jìn)，這就達(dá)到前進(jìn)的目的。而車模小于前傾角可以進(jìn)行車模減速，同樣的比前面傾角要小的角度會帶來車模的減速，所以車體的傾角可以用來控制速度。

3.平衡小車的方向控制。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時，使用線性CCD作為小車的循跡模塊，它可以采集跑道的變化信息，并將采集到的信息反饋給單片機(jī)，使得單片機(jī)能根據(jù)當(dāng)前的跑道信息進(jìn)行判斷，并做出對應(yīng)的控制指令。跑道是由白色的行走區(qū)域和兩邊的黑邊（邊界）組成，由于白色和黑色的色值相差很大，在CCD采集到的數(shù)值中，對于跑道的邊緣會有明顯的突變?？梢岳眠@突變來判斷路徑邊界。利用采集到的突變計(jì)算出跑道的中點(diǎn)，與設(shè)定的中點(diǎn)進(jìn)行差值，再進(jìn)行PID控制，使輸出疊加到左右兩輪（一加一減），兩輪就會產(chǎn)生速度差，從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路是智能車系統(tǒng)中重要的一部分，是軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)[3]。在此設(shè)計(jì)中，小車的硬件系統(tǒng)是采用模塊化的方式來設(shè)計(jì)的。整個智能車系統(tǒng)包括7個模塊：單片機(jī)XS128微控制器、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、上位機(jī)調(diào)試模塊、陀螺儀與加速度計(jì)模塊（計(jì)算傾角模塊）、編碼器測速模塊、線性CCD模塊?？刂齐娐氛w框圖如圖1所示。

1.單片機(jī)XS128微控制器。MC9S12XS128微控制單元是整個智能車系統(tǒng)的核心部分。MC9S12XS128是MC9S12系列的16位單片機(jī)，由16位中央處理單元（CPU12X）、128 KB程序Flash（P-Flash）、8 KB RAM、8 KB數(shù)據(jù)Flash（D-Flash）組成片內(nèi)存儲器，同時還包括2個異步串行通信接口（SCI）、1個串行外設(shè)接口（SPI）、1個8通道輸入捕捉/輸出比較（IC/OC）定時器模塊（TIM）、16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）、一個8通道脈沖寬度調(diào)制模塊（PWM）以及獨(dú)立的輸入/輸出數(shù)字I/O口。通過電源模塊進(jìn)行供電，并處理各種傳感器采集傳送來的數(shù)據(jù)（如CCD采集的跑道信息、編碼器采集的速度信息、陀螺儀與加速度計(jì)采集的傾角信息等），并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成適合當(dāng)前路徑的控制信息傳送至電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)完成循跡任務(wù)[4]。

2.電源模塊。電源模塊是整個智能車系統(tǒng)中最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的一部分，各個模塊要求的工作電壓也有所不同，所以還需要采用穩(wěn)壓芯片來對電池輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，電機(jī)模塊所需電壓為7.2V;設(shè)計(jì)中選擇了7805對7.2V的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓至5V，供線性CCD傳感器與編碼器使用;另外選擇了兩片1117將輸入電壓穩(wěn)壓至3.3V，供給單片機(jī)以及陀螺儀、加速度計(jì)等使用。

3.電機(jī)驅(qū)動模塊。電機(jī)驅(qū)動模塊的性能好壞直接影響智能車的加速情況，由于直立平衡小車的車模使用兩個電機(jī)，并且要求能有足夠大的驅(qū)動電流，較小的驅(qū)動芯片內(nèi)阻、開關(guān)的頻率高等特點(diǎn)，經(jīng)過篩選，最終使用BTS7960作為驅(qū)動電機(jī)的芯片，每兩片7960驅(qū)動一個電機(jī)。電機(jī)模塊由單片機(jī)的PWM信號進(jìn)行驅(qū)動，此模塊所需電壓為7.2V，由電池直接供電。

4.陀螺儀與加速度計(jì)模塊。由于平衡小車是直立行走，需要對小車的傾角數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，所以在硬件設(shè)計(jì)上采用了三軸加速度傳感器MMA7260和村田公司生產(chǎn)的ENC-03陀螺儀。計(jì)算傾角模塊電路使用的加速度傳感器采用的是低g值的傳感器MMA7260，輸出的信號足夠大，所以此電路主要是將陀螺儀信號進(jìn)行放大濾波。在此設(shè)計(jì)中，車模的傾角與角加速度的計(jì)算都是使用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得來的，這屬于軟件設(shè)計(jì)部分，因而需要另外使用計(jì)算方法。

5.編碼器測速模塊。使用雙線編碼器作為測速模塊，由編碼器得到的信號傳送給單片機(jī)進(jìn)行速度計(jì)算。實(shí)際檢測出的速度與想要設(shè)定的目標(biāo)速度進(jìn)行比較，就可以使用合適的算法將實(shí)際速度變化為目標(biāo)速度，已達(dá)到加減速的效果。

由于XS128單片機(jī)只有PT7通道可以進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，而平衡小車需要對左右兩輪分別進(jìn)行脈沖技術(shù)，在其中一個編碼器連接到單片機(jī)的PT7上后，還需要對另外一路編碼器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，通過添加外部計(jì)數(shù)器CD4520的方法來實(shí)現(xiàn)第二路的測速。

6.線性CCD模塊。TSL1401CL線性傳感器由128×1列的光電二極管組成，當(dāng)線性CCD連接單片機(jī)的一個AD通道時就可以讀取一行的128像素點(diǎn)的信息。而跑道信息的采集就依靠此傳感器不斷收集并傳送給單片機(jī)，該模塊是小車循跡行走極為重要的模塊。

三、車模機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除了硬件電路需要設(shè)計(jì)小巧，車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也需要注意重量。小車在直立行駛的情況下，受慣性影響較大，在不影響元器件的擺放與布線的情況下，盡可能地減少所需空間，這樣固定電路板也更為方便，整車如圖2所示。

1.車模底盤固定。未經(jīng)過改裝的車模后輪的支架與底盤之間是活動連接的，這樣可以降低后輪震動對整體車模的影響[5]。但是，要保證車模在直立情況下車體的穩(wěn)定性，需要將原有車?；顒拥暮筝喼Ъ芘c底盤固定在一起。因此，使用了一塊接近矩形的廢置電路板（硬度足夠）對支架與底盤進(jìn)行加固，增強(qiáng)車體的穩(wěn)定性，防止底盤的抖動給傳感器帶來不必要的影響。固定底盤如圖3所示。

2.編碼器安裝。小車運(yùn)行時需要對其速度進(jìn)行檢測，就需要為小車增加兩個編碼器，用于測量左右輪的速度。為了便于安裝，這里使用了小塊的PCB板對編碼器和支架進(jìn)行連接。連接好后，就需要對齒輪的咬合度進(jìn)行調(diào)整。考慮到如果咬合過緊會增大摩擦，增加電機(jī)的負(fù)擔(dān)，而咬合過松容易損壞齒輪。在大致調(diào)整了咬合度后，用手旋轉(zhuǎn)倆輪子，根據(jù)轉(zhuǎn)動感受再進(jìn)行微調(diào)，盡量使其咬合適當(dāng)緊密，增大測速的精準(zhǔn)性。編碼器的安裝效果如圖4所示。

3.電池位置選定。選用的車模對電池位置沒有要求，因此，可以根據(jù)重心以及美觀等各種因素選定電池固定的位置。在設(shè)計(jì)方案中，是根據(jù)低重心的前提來選定電池的位置，這樣的選擇會讓車子在運(yùn)行過程中（尤其在轉(zhuǎn)彎處）更加穩(wěn)定。此方案將電池安放在小車前進(jìn)方向的正面。電池安裝位置的正面與側(cè)面如圖5所示。

4.主電路板安裝。此設(shè)計(jì)在一塊電路板上集合了電源電路、電機(jī)驅(qū)動模塊、陀螺儀和重力加速度計(jì)模塊等。第二路測速電路則另外加在一小板上（安裝于主電路板的下方），使用杜邦線連接主電路板。主電路板安裝在小車前進(jìn)方向的背面，電機(jī)的上方。由于主電路板中含有陀螺儀和重力加速度計(jì)的測傾角模塊，所以主電路板的安裝一定要盡量保持水平，減少測量傾角產(chǎn)生的誤差。電路板的安裝如圖6所示。

5.線性CCD安裝。小車轉(zhuǎn)彎需要提前知道前方道路信息，所以線性CCD要有一定前瞻，因此需要架高線性CCD。由于小車設(shè)定的速度值并不算太高，所以只將CCD架至一定高度，能達(dá)到提前判斷的效果即可。而側(cè)方位的CCD是為了檢測直角的拐彎，小車只使用一個CCD作為判斷的傳感器就顯得有點(diǎn)力不從心，所以增加了一個輔助CCD，用于幫助小車進(jìn)行直角左拐的判斷。主CCD與輔助CCD安裝與固定位置如圖7所示。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

小車是否能夠在跑道上正常地行走，除了穩(wěn)定的硬件系統(tǒng)之外，還需要軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這里主要有四個部分：直立控制、方向控制、速度控制以及單片機(jī)的初始化。

1.軟件系統(tǒng)程序的整體控制。軟件系統(tǒng)中的控制程序主要使用XS128單片機(jī)的PWN模塊、AD模塊、SCI模塊、TIM模塊、PIT模塊等。PWM模塊用于控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn);AD模塊用于讀取線性CCD采集的跑道數(shù)據(jù)、加速度計(jì)和陀螺儀采集到的傾角數(shù)據(jù)等信息[6];SCI模塊主要用于串口調(diào)試;TIM模塊主要用于編碼器數(shù)據(jù)的采集;PIT模塊主要用于設(shè)置程序的定時中斷。

整個軟件系統(tǒng)程序采用的是PIT定時中斷和PID算法控制。主程序框圖如圖8所示。

2.直立控制。智能車的直立控制部分是整個軟件設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)也是最困難的一步，直立平衡組的小車最基本的要求就是小車直立。小車只有直立起來，才算做好了小車能夠運(yùn)行的第一步。

要計(jì)算小車當(dāng)前的傾角，需要知道小車在直立狀態(tài)下陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)值。在小車保持直立靜止時，連接單片機(jī)AD通道讀取的數(shù)值就是相應(yīng)的零偏值。但是每次開機(jī)運(yùn)行時，零偏值都會有所變化，所以在設(shè)計(jì)中選擇了每次開機(jī)都自動讀取零偏值的方法。

車模角度和角速度的計(jì)算的調(diào)試可以在設(shè)置好陀螺儀與加速度計(jì)各自的比例系數(shù)后，得到一個歸一化的數(shù)值，這個數(shù)值在-90到90之間，對陀螺儀讀出來的數(shù)值與重力加速度計(jì)讀出來的數(shù)值進(jìn)行跟蹤，當(dāng)這兩個比例系數(shù)設(shè)置相適宜的時候，加速度計(jì)Z軸輸出的變化量可以看到與陀螺儀角度的變化量是基本相同的，當(dāng)改變車模傾角的時候，兩個歸一化的數(shù)值能進(jìn)行相同的變化，并且變化基本相同。

另外，將加速度計(jì)歸一化得到的車模角度與陀螺儀歸一化得到的角速度乘以各自的系數(shù)可以算出當(dāng)前車模的直立控制輸出量，由于每個加速度計(jì)與陀螺儀都不會相同，所以不同的加速度計(jì)與陀螺儀的使用的系數(shù)都無法作為參考，只能慢慢地采用不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。通過不斷地修改測試，得出最適合的直立控制系數(shù)。

3.速度控制。小車在保持直立靜止?fàn)顟B(tài)下得出的零偏值存在一定的偏差，由于這個偏差的存在，小車沒辦法一直保持直立平衡靜止?fàn)顟B(tài)，會有一個加速運(yùn)動。速度控制可以消除這一運(yùn)動趨勢。小車的速度控制是進(jìn)一步穩(wěn)定車模的直立狀態(tài)的控制[7]。

由于直立車的速度控制實(shí)際是改變車模傾角，因此速度控制對于直立控制是一種擾動，速度控制周期不能過大，控制量要平滑輸出。設(shè)計(jì)中選擇速度控制的周期為100毫秒。

4.方向控制。線性CCD的成像區(qū)域基本可以認(rèn)為是一條狀區(qū)域，CCD每采集一次數(shù)據(jù)，就能得到一行128個像素點(diǎn)的值。對于跑道來說，兩邊邊緣是黑色，而中央為白色，所以同樣亮度的情況下，一行采集到的點(diǎn)，中間的點(diǎn)的數(shù)值會比邊緣的值大。利用這個方法可以找到跑道的邊緣黑線，從而得以提取跑道中線，通過得出的中線值用以計(jì)算車模的電機(jī)差值驅(qū)動電壓。在車子拐彎的時候，例如在左拐彎的時候，采集到的就不是如同直線的效果，這時候CCD采集到的128個像素點(diǎn)左邊的黑色點(diǎn)就變成了白色，拐彎弧度大的時候有可能左邊變?yōu)槿祝疫叺暮谏袼攸c(diǎn)增多。

五、調(diào)試過程

在小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作和調(diào)試的過程中，無論是硬件電路的仿真、電路板的制作還是軟件系統(tǒng)的開發(fā)，都需要使用電腦作為輔助設(shè)計(jì)的工具。在設(shè)計(jì)電路板方面，設(shè)計(jì)中使用的輔助開發(fā)工具是Altium Designer。軟件開發(fā)方面選擇的是CodeWarrior軟件開發(fā)環(huán)境作為軟件開發(fā)與調(diào)試的工具，此開發(fā)環(huán)境有專門為MC9S12XS128單片機(jī)提供的全套開發(fā)工具，使用的是C語言進(jìn)行編寫。

虛擬示波器Visual Scope軟件對重力加速度計(jì)和陀螺儀計(jì)算所得傾角進(jìn)行追蹤，趨向車模實(shí)際傾角的數(shù)值（通過互補(bǔ)濾波來融合重力加速度計(jì)和陀螺儀值得到）與加速度計(jì)所得傾角的追蹤情況來比較，以此為基礎(chǔ)修改相應(yīng)參數(shù)。角度融合情況對于小車的直立控制而言非常關(guān)鍵。圖9所示為虛擬示波器Visual Scope輸出的GravityAngle加速度計(jì)計(jì)算傾角、CarAngle陀螺儀加速度計(jì)融合后計(jì)算傾角兩者跟蹤正常的情況。

加速度計(jì)歸一化成角度信號的比例值可以通過測量加速度計(jì)Z軸+90度與-90度采集到的最大最小值的簡單計(jì)算得到：180/（MAX-MIN）。這樣就選定了加速度計(jì)的比例系數(shù)[8]。之后需要選定陀螺儀的比例系數(shù)，這個系數(shù)的大與小會影響到計(jì)算得到的陀螺儀角度與加速度所得傾角的追蹤效果。如果這個系數(shù)過小，傾角改變的時候，陀螺儀角度計(jì)算數(shù)據(jù)無法在短時間內(nèi)跟上快速變化的角度;而過大，這時候會出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，角度突然改變，陀螺儀數(shù)據(jù)會突然增大。這些都是陀螺儀比例系數(shù)設(shè)置不正確的情況，系數(shù)基本適宜的情況下，陀螺儀與加速度計(jì)在車體有角度變化的時候，計(jì)算得到的角度變化基本是一致的。圖10是陀螺儀比例系數(shù)過大或者過小的輸出顯示。

在控制方面，PID控制算法在車模直立、速度、方向上都有使用。在直立控制上，這里選用比例P與微分D來進(jìn)行控制，車身的傾角是通過加速度計(jì)和陀螺儀進(jìn)行角度互補(bǔ)融合獲取的，而控制電機(jī)的驅(qū)動電壓，則是由計(jì)算得到的車身傾角與陀螺儀的角速度進(jìn)行PD控制得來。加上比例參數(shù)P，相當(dāng)于在車身傾斜的時候給車模一個回復(fù)力，幫助車子回到原來靜止直立的狀態(tài)，這個值在一定范圍內(nèi)，越大越容易在短時間內(nèi)恢復(fù)到原來的直立狀態(tài)。但是在這個值過大的情況下，車身由于快速回復(fù)車體位置，車模會來回?cái)[動。這時微分參數(shù)D起到一個平緩的作用，能有效地減少車模擺動。

速度控制參數(shù)，是通過P和I（積分）來調(diào)整的，積分控制能使速度最終穩(wěn)定在給定速度，比例控制能實(shí)現(xiàn)速度的快速調(diào)節(jié)。

方向控制參數(shù)，則是通過P和D來調(diào)整的。把安裝好CCD傳感器的小車放在黑白跑道上，此時的速度應(yīng)該設(shè)置靜止的0速，當(dāng)左右擺動車身，隨著小車漸漸增大比例參數(shù)，能明顯看到車模被擺在偏移跑道方向后，回到原來跑道正方向的速度逐漸加快。微分參數(shù)用來控制P值過大時產(chǎn)生的左右擺動，達(dá)到能迅速回到原方向上的結(jié)果。

六、結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的光電平衡智能車完成小車的直立、速度、方向控制，系統(tǒng)包括單片機(jī)XS128微控制器、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、上位機(jī)調(diào)試模塊、陀螺儀與加速度計(jì)模塊（計(jì)算傾角模塊）、編碼器測速模塊、線性CCD模塊，根據(jù)賽道的不同要求設(shè)計(jì)出不同的PID控制策略。測試結(jié)果表明，該智能車設(shè)計(jì)制作方案確實(shí)可行。

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Design of A Photoelectric Balance Smart Car

CHEN Mu-gui，ZHANG Qian，HUANG Rui，MA Ze-long，OU Zhou

（Department of Computer Science，Guangdong University of Education，Guangzhou，Guangdong 510303，China）

Abstract：The photoelectric balance smart car scheme designed in this paper uses the MC9S12XS128 microcontroller as the core controller and the TSL1401 series linear CCD as the sensor for collecting runway data information.Used to process the collected data information，calculate and analyze the travel path of the car.In the upright，speed and direction control of the car，the hardware selection is Freescale's acceleration sensor MMA7260，Murata's gyroscope ENC-03，software control uses PID control algorithm，and different control strategies are designed according to the different requirements of the runway.Since the trolley is an upright two-wheeled walk，it is necessary to set the mechanical structure of the trolley to improve the stability of the trolley walking upright on the runway.In debugging，a large number of hardware and software tests are performed by using debugging tools such as serial port and LED status indicator to obtain the final design.After the test，the smart car design and production plan is indeed feasible.

Key words：Smart car;MC9S12XS128 MCU;Upright control;Linear CCD;PID