基于電磁傳感器路徑識(shí)別的智能車控制系統(tǒng)

　　智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)駕駛等多種功能于一體的綜合控制系統(tǒng)。“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，是涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械以及車輛工程等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽。本文以此為背景，基于MC9S12xS128單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種智能車系統(tǒng)

　　1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

　　1.1 系統(tǒng)的總體構(gòu)架

　　系統(tǒng)的硬件框架如圖1所示。系統(tǒng)以飛思卡爾公司的16位單片機(jī)MC9S12XS128為控制核心，由電源管理模塊、賽道信息采集模塊、車速檢測模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)控制模塊和調(diào)試模塊組成。單片機(jī)通過電磁傳感器采集道路信息，根據(jù)算法分析得出此時(shí)的智能車與賽道的偏離狀況，然后再據(jù)此采用一定的控制算法控制智能車的舵機(jī)轉(zhuǎn)向和直流電機(jī)的速度，從而實(shí)現(xiàn)智能車對路徑的自動(dòng)識(shí)別和尋跡。

　　
圖1 系統(tǒng)地硬件框架圖

　　1.2 MC9S12XS128芯片介紹

　　MC9S12XS128單片機(jī)的特點(diǎn)有：采用增強(qiáng)型的16位S12XCPUV2，片內(nèi)總線時(shí)鐘可達(dá)40MHz；具有128 k的Flash，8 k的RAM以及8 k的EEPROM存儲(chǔ)器，具有2個(gè)SCI，1個(gè)SPI，1個(gè)8通道定時(shí)器，2個(gè)8通道可調(diào)轉(zhuǎn)換精度的A／D口，1個(gè)8通道的PWM模塊，91個(gè)離散數(shù)字 I／O口，1個(gè)MSCAN模塊。該芯片具有速度快、功能強(qiáng)、成本低、功耗低等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、舵機(jī)響應(yīng)、速度采集、路徑識(shí)別等功能。

　　2 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)

　　2.1 電源管理模塊

　　電源管理模塊的功能是對電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，為各個(gè)模塊正常工作提供可靠的工作電壓。設(shè)計(jì)中除了考慮電壓范圍和電流容量外，還要在電源轉(zhuǎn)化效率、降低噪音、防止干擾等方面進(jìn)行優(yōu)化。本系統(tǒng)小車全部硬件電路的電源采用7．2 V、2000mAh鎳鎘蓄電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成3．3 V、5 V和7．2 V三個(gè)檔，各模塊和電源的關(guān)系圖如圖2所示。其中采用LM2596—5．0作為5 V的穩(wěn)壓芯片，采用LM2596—3.3作為3．3V的穩(wěn)壓芯片，電路圖如圖3所示。

　　
圖2 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　
圖3 電源模塊的電路圖

　　2.2 賽道信息采集模塊

　　賽路信息采集模塊是系統(tǒng)信息輸入的重要來源，相當(dāng)于智能小車的“眼睛”，主要負(fù)責(zé)將小車當(dāng)前或前面位置的賽道信息輸出給主控芯片處理；本系統(tǒng)使用4個(gè)電磁傳感器采集賽道信息。

　　2.2.1 元件選擇

　　電磁傳感器檢測賽道信息的原理是通過電感和電容組成的LC諧振電路檢測賽道的信號(hào)，然后將檢測到的信號(hào)通過運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行放大，由于小車需要識(shí)別的頻率為20 kHz，所以在諧振電路中，選取10mH的細(xì)繞組電感、6．8 nF的低頻瓷介電容。