梁峻愷

摘 要 當(dāng)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(biāo)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)。細(xì)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(dāng)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(dāng)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(biāo)。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(xì)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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

[1]邵貝貝.單片機嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]雷貞勇，謝光驥.飛思卡爾智能車舵機和測速的控制設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2010（02）.endprint