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摘要：本智能丰控制系统采用飞思卡尔16位单片机作为唯一的核心控制单元，加以直流电机、舵机、光电传感器和电源电 E% ]' V3 _! K; s
路以厦其他电路构成。由安装在车前郝的反射式红外传感器负责采集信号，并将采集到的电平信号传入核心控制单元，板·心控制
; w6 Y- p! k. e" D+ g% ?! _- A0 H' s$ D+ `单元对信号进行判别处理后，由PWM4发生模块发出PWM波，分别对转向舵机扣直流电机进行控制，完成智能车的转向与前4 n9 ~6 L; ]% z" O+ R
进。智能车后轮上装有霍尔传意器，用来采集车轮转速反馈的脉冲信号，井经由核心控制单元进行PID控制算法处理后会自动调
( S6 `* L0 `8 W2 k! l( |: Y节输入到电机驱动模块的PWM波占空比，从而控制小车的速度。寻迹由RPR220型光电管完成。
5 j' V0 B4 g5 x2 ]" i. [I前言0 p* }3 F; z A$ O, |3 c7 Z
随着计算机技术和信息技术的发展，智能车的应用越来
1 Z4 L1 U8 l* F" m/ ?+ S越普及。它不仅应用于各种特殊环境中，而且广泛应用在工业
/ c. u+ U4 d: Q3 Y: r生产和汽车制造，并且正在逐步渗透到了日常生活。智能车使5 A' t" @ X, y. ^& B% `/ Z
机动车的动力性能、操控性能、安全性能舒适性能等各个方面) t1 j* c, b. i& Q. ^" |
的改进和提高。智能巡航、躲避运行过程中的各种障碍物都将& W0 s" u# |, r
依赖于机械系统及结构和信息技术问的完美结合。本文着重$ [1 A& d. E7 h3 ]( U+ H
介绍一个基于MC9S12DGl28单片机智能车原理及控制电路9 `- ^6 P% M- T( a, ~: F
设计、电机和驱动电路、避障电路模块、电控系统模块设计与
" m8 v$ i8 j" q. Y0 D实现方式。本智能车控制系统采用MC9S12DGl28作为唯一& V( @: T" J5 j3 X) F
的核心控制单元，由安装在车前部的反射式红外传感器负责/ Z. h8 H7 D2 ?' i( D+ [1 q0 w
采集信号，并将采集到的电平信号传人核心控制单元，核心控
8 I" ]7 f; l) V8 V) h5 l5 S制单元对信号进行判别处理后，由PWM发生模块发出PWM0 Z! N6 m5 d' a* G7 F; Q# B/ t2 \
波，分别对转向舵机和直流电机进行控制，完成智能车的转向
7 \1 h! L* o1 {& r与前进。智能车后轮上装有霍尔传感器，用来采集车轮转速反4 Z8 j# i a' L7 k6 W
馈的脉冲信号，并经由核心控制单元进行PID控制算法处理
4 K% e4 X8 T' J后会自动调节输入到电机驱动模块的PWM波占空比，从而6 ~9 ^; V/ Q9 b/ E" Y6 h$ U1 n) W4 M
控制小车的速度。该方案设计巧妙，硬件电路简单．经过测试
( V& u0 ^( ~( o4 C; p该系统性能稳定，较好地达到了各项指标。
0 A% A) p2 h) {+ v! O* D/ l, M* ]2方案设计和硬件组成5 N; X V3 ^# h' K
本智能车采用C768车模，以飞思卡尔单片机为控制核3 V/ a6 z& u O0 i) D
心，该器件是一款性能优良的单片机，包含一个16位中央处3 N* v2 v* K9 A/ M1 d
理单元、64KB Flash用于保存小车的运行过程的状态参量、7 K( J/ k+ D. M1 y
4KB RAM、1KB EEPROM、两个异步串行通信接口和一个同% F& a% J$ P8 F* ]9 Y5 U# b
步串行接口等丰富资源，能够满足本设计的需求，该器件具有
$ L; V' t z" O良好的稳定性，使得智能车能够在复杂的路面上及恶劣的工7 U5 T+ i- _: A
业现场使用。电源由7．2V的配用电池提供。由于小车系统有
; t( J( |9 b- M6 M2 ^; E; L它的特殊性，要求能在一个较宽的电平范围内正常工作，仅靠6 T2 J: `; O# h* s4 u& q) L* x
单一电池供电，电量不稳定。因此智能车经过稳压芯片
8 b7 }! D4 }$ q. Q$ A% TLM2940CT一5稳压后，输出5V电压，分别对以下几个模块进1 p4 a+ l3 @ T
行供电；单片机、转向舵机、霍尔传感器和光电管。智能车主要1 z: u( \" ?) D4 a7 b
由路径识别模块、转向控制模块、其他电路模块等组成。系统4 F/ N4 S5 [$ r+ ?8 w* d
的结构图如图1所示。
' }* k2 W4 e1 u0 }8 P+ f3 ^3 y, V
' O8 m9 g O% B) `模块功能
4 C! |. I' g; C- ~图1 系统的结构图6 ^5 r5 ]: q8 Q2 [5 t0 [( O7 C
(1)、路径识别模块：路径识别使用直流反射式红外光电
; m. E" j- e$ }+ {3 o- k9 N* ~4 L管方案，所有传感器在车前进行一字形排列，将路径信息以数
2 ~7 Q6 s) a# Z7 N字信号的形式传送给mcu，并根据高电平的位置判断黑线的 j" {4 J- W- V0 k
位置。( @! a# V$ G8 h3 K* i8 ~3 R" J. w
(2)转向控制模块：舵机(伺服电机)的转动会转化为转向2 `5 Z) \0 W1 S2 i0 }3 B
拉杆的横向移动，从而带动车轮的转动，控制模型车的前进方
; z0 K/ D, g: e3 h向。对舵机的控制采用的PID控制。根据黑线的位置，MCU向
+ e. u3 D9 ]+ U+ M1 g! {舵机输出相应占空比的PWM信号波．
7 c) O. f8 a9 C* ?$ {(3)行驶车速控制模块：这部分主要由驱动芯片L298N、
) j" K2 q: T6 N% i; O直流电机和速度传感器(霍尔传感器)组成，形成对车速的闭
, c6 P& r9 H/ q! e环控制。根据红外光电管所传送的路径信息，判断车所处的运
- l" I7 L6 B. X5 A行状况(转弯、直行)，并合理地调整PID的三个主要参数，达
" t& J& f7 A' L; G/ f7 S到响应迅速并消除静态误差的目的。
# R8 _! _( Z+ w0 b$ J ?9 T(4)其他电路模块：采用LM2940CT--5稳压电路将电源% M9 I5 t. g; N
电压转为5V的稳定电压为单片机、舵机、霍尔传感器和光电
5 t+ o: [; t3 [3 z1 g3 }管供电。
( {" h4 O3 z4 C- I: _+ p! G4电路设计
7 A) T/ \9 H0 a- m; \5 ^(1)电源模块设计
4 u. S- X! y) F, M( e电源管理模块是系统硬件设计中的一个重要组成单元，! U7 z$ a0 [9 |$ L6 U
要保证使整个系统供电充足稳定。电源由7．2V的配用电池提. Y1 C, n8 {/ Y3 v: T4 |( {1 Q
供，其原理图如图(2)所示。本系统采用7．2V电池供电。为满; K9 R. F; H/ r, s
足系统各单元正常工作的需要，用稳压管芯片LM2940CT一5
s* j2 h; j$ z' p8 @将电源电压稳压到5V。给单片机、舵机、霍尔传感器、光电管、
2 R; F+ ~5 W" [! A4 ]; o单片机系统电路、路径识别的光电传感器电路、车速检测的旋
, a( Y$ I% b1 b$ Y转编码器电路和驱动芯片L298N电路供电。
" C5 I" @2 o* B9 x8 W. Y
" r0 x8 Z! k X/ K5 _: p附件下载： , S" L; {+ F% Q, v
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发表于 2020-1-13 10:03
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