【正文】 程序如下:PLLCTL_PLLON=1。該模塊有4個時鐘源A、SA、B、SB，其中A、SA對應(yīng)0、5通道，B、SB對應(yīng)7通道。//比例因子B寄存器 PWMSCLA =0。 /*打開P1和P3口*/ A/D模塊初始化 A/D模塊由一個總線時鐘預(yù)分頻器、逐次逼近寄存器和D/A轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、比較器和16通道多路開關(guān)等部分組成。 //禁止數(shù)字輸入緩沖到ANx引腳，該引腳作為模擬量輸入使用ATD0CTL0=0x01。其初始化設(shè)置為：DDRT = 0X00。 TSCR2_TOI = 1。智能汽車的研究和發(fā)展是未來汽車發(fā)展的趨勢，隨著目前石油的價格上漲，以及石油自身條件的影響，以后燃燒汽車的原料將原越來越緊缺，這必將增加人們向汽車新的能源的開發(fā)和運用，以及對汽車燃料的節(jié)省。系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)試是調(diào)試系統(tǒng)的重點，主要用來監(jiān)測智能模型車系統(tǒng)在不同控制策略及不同控制參數(shù)時的運行狀態(tài)。硬件設(shè)計主要包括核心控制模塊、電源管理模塊、路徑識別、舵機控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、速度檢測模塊等模塊。大賽組委會所提供的轉(zhuǎn)向舵機，在實際賽道測試時，遇到了嚴(yán)重的響應(yīng)延時問題。由于賽車沒有安裝剎車機構(gòu)，車輛減速只能依靠永磁電機特性和運動負(fù)載減速，因此賽車減速特性較差，需要預(yù)留足夠長的減速距離，完成入彎減速。舵機在模型車相對高速運動時的轉(zhuǎn)向性能需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，隨著車速的提高，舵機在過彎的時候不能及時執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作，而導(dǎo)致模型車沖出賽道的情況，因此，提高舵機的響應(yīng)速度是有待解決的問題；模型車系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)需要作進(jìn)一步的調(diào)整，模型車在相對高速運行時有時前輪會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，從而影響模型車的整體性能，因此需要從汽車?yán)碚摰慕嵌葋矸治鲕囕v重心分布、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各個機械結(jié)構(gòu)方面對模型車驅(qū)動及轉(zhuǎn)向性能的影響。其次，要向在設(shè)計中給過我?guī)椭椭更c的學(xué)長和同學(xué)表示感謝，是他們的幫助讓我取得了很大的進(jìn)步，是我收獲了很多。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端[1]的型號也只有10美元。 早期的單片機都是8位或4位的。致謝首先感謝張國軍老師，本設(shè)計是在張國軍老師的指導(dǎo)下完成的，從課題選擇到論文完成的整個過程，張老師對此傾注了心血。具體來說，還可以在以下幾方面繼續(xù)探索：1）小車機械性能方面。② 賽車彎道速度控制問題實際賽道測試發(fā)現(xiàn)，如果不控制賽車在彎道時的速度，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的問題。在此，對一些重點問題進(jìn)行一下說明。通過對主要部件的標(biāo)定，以更為深入的了解各個系統(tǒng)及器件的特性，為后續(xù)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計及控制算法和控制策略的制定和選擇奠定基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)更加精確和可靠的設(shè)計。系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試主要是對各個傳感器輸出特性的一致性檢測，以及在使用過程中，傳感器可能會被損壞，通過模型車開發(fā)平臺可以很方便的對整個系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)問題所在。5 技術(shù)經(jīng)濟分析 本設(shè)計致力于智能汽車的開發(fā)和應(yīng)用上，設(shè)計的過程中從硬件電路的搭接，調(diào)試，保證硬件電路無任何的機械方面的故障和性能方面的不匹配，以及軟件的編程和調(diào)試。 TIE_C0I = 0。 FATDCLk = [BusClock*]/[PRS+1] =125ns//ATD轉(zhuǎn)換時鐘頻率計算公式 TIM模塊增強型捕捉定時器模塊對端口功能進(jìn)行了擴展，ECT模塊能實現(xiàn)輸入捕捉和輸出比較兩大功能。 其具體設(shè)置如下：DDR0AD0 = 0X00。 PWMDTY45 =0。 //01，23,45為16位輸出 PWMCLK =0x08。 //系統(tǒng)時鐘由PLLCLK分頻（fBUS=fPLL/2） CLKSEL=0X00。其計算公式為：fPLL = 2*fosc*(SYNR+1)/(REFDV+1)。由于受車身結(jié)構(gòu)限制，實際的轉(zhuǎn)動角度只能在42176。通過上圖可以看到，隨著脈寬的增加，舵機的轉(zhuǎn)角成線性變化，因此可以通過改變PWM的占空比來調(diào)節(jié)舵機的輸出，可直接由單片機輸出口控制。 舵機和電機控制策略 賽道信息智能汽車競賽規(guī)則規(guī)定：跑道寬度不小于450mm，跑道表面為白色，中心有連續(xù)銅導(dǎo)線作為引導(dǎo)線。2）增量型算法得出的是控制量的增量，例如閥門控制中，只輸出閥門開度的變化部分，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作，而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。也可寫作： (43)式中， 、 、 分別稱為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。而且過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩或使振蕩次數(shù)增多，使調(diào)節(jié)時間加長，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞或使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。在長直道行駛時，可將車速提高到最大，在進(jìn)入彎道時進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p速，以防止沖出賽道和發(fā)生側(cè)滑，離開彎道時又要及時加速。這種行駛路線要求賽車手在彎道前面很遠(yuǎn)的距離就知道彎道的方向，智能車的最遠(yuǎn)預(yù)測距離約40cm，無法平滑的選擇這樣的路線。程序整體框架如圖 41所示。 本章小結(jié)可靠的硬件電路是所有電子系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵，本章在分析的基礎(chǔ)上對智能車系統(tǒng)單片機系統(tǒng)、電源管理模塊、電機驅(qū)動模塊、路徑識別模塊、以及速度檢測模塊等部分的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計，保證系統(tǒng)的可靠運行。強、弱信號，數(shù)字、模擬信號相隔離。如A/D、D/A變換器、CPU、弱信號放大器等。已知感應(yīng)電動勢的頻率感應(yīng)線圈電感為L=10mH，可以計算出諧振電容的容量為： (37)。圖318 電感 Inductance這類電感體積小，Q值高，具有開放的磁芯，可以感應(yīng)周圍交變的磁場?？梢允褂眠@個量對于小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行負(fù)反饋控制，從而保證兩個線圈的中心位置跟蹤賽道的中心線。左邊的線圈的坐標(biāo)為（x,h,z），右邊的線圈的位置(xL,h,z)。 通電導(dǎo)線周圍的磁場是一個矢量場，場的分布如上圖所示。下面列出了一些測量原理以及相應(yīng)的傳感器：（1）電磁感應(yīng)磁場測量方法：電磁線磁場傳感器，磁通門磁場傳感器，磁阻抗磁場傳感器。 圖312 直線電流的磁場 Linear Current Magnetic圖313：無限長導(dǎo)線周圍的磁場強度:Infinite field strength around the wire 導(dǎo)線中的電流按照一定規(guī)律變化時，導(dǎo)線周圍的磁場也將發(fā)生變化，這線圈中將感應(yīng)出一定的電動勢。智能汽車競賽使用路徑導(dǎo)航的交流電流頻率為20KHz，產(chǎn)生的電磁波屬于甚低頻（VLF）電磁波。采用每轉(zhuǎn)500線的編碼器通過齒輪傳動安裝，固定于賽車尾部。其電路如圖37所示： 電機驅(qū)動模塊 BTS7960的芯片內(nèi)部為一個半橋。 電源管理模塊 智能車雖以車為主體，但其任何行動完全由其電路控制。在智能模型車控制系統(tǒng)的主板設(shè)計中，我們采用并聯(lián)振蕩電路。它具有很強的高級語言支持功能，內(nèi)部資源非常豐富，主要有以下部分：時鐘和復(fù)位模塊——PLL(鎖相環(huán)模塊)——COP看門狗——時鐘監(jiān)控存儲器——128KB Flash ——2KB EEPROM——8KB RAM16通道A/D轉(zhuǎn)換模塊 ADC——可選8位、10位、12位精度——具有外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換功能增強型捕捉定時器——16位主計數(shù)器，7位分頻系數(shù)——8個輸入捕捉通道或輸出比較通道——2個8位或1個16位脈沖計數(shù)器8路PWM通道——可編程周期以及占空比——8位8路/16位4路PWM——獨立控制各路PWM的周期和占空比——中間對齊和左對齊輸出——頻率范圍寬的可編程時鐘選擇邏輯——緊急時刻快速關(guān)閉輸出串行接口——兩個異步串行通信接口模塊SCI——1個IIC總線接口——2個同步串行外設(shè)接口SPI——3個1M/S，——背景調(diào)試模塊（BDM）——封裝：LQFP112和LQFP80圖32 單片機系統(tǒng) MCU system 單片機系統(tǒng)電路圖如圖32所示，雖然單片機將CPU、ROM、RAM以及IO統(tǒng)統(tǒng)集成在一個集成電路芯片中，但仍需要一些外部電路的支持，這些外圍電路主要為單片機系統(tǒng)提供電源、時鐘、IO驅(qū)動、通信口等[6]。HCS12X系列單片機是Freescale 公司于2005年推出的HCS12系列增強型產(chǎn)品，基于S12 CPU內(nèi)核，可以達(dá)到25MHz的HCS12的25倍性能。 為了使智能車能夠更加快速穩(wěn)定的行駛，S12 單片機必須把對賽道路徑的判斷、轉(zhuǎn)向舵機的角度控制以及對直流電機的控制緊密的聯(lián)系在一起。這是因為輪胎跟地面接觸的方式其實是非常特別的，其中包含兩個不同的機械作用：變形力和粘合力。 當(dāng)橡膠的復(fù)合成分(pound)非常軟，而且穩(wěn)定較高、路面也比較平滑的時候 ，粘合力就會占支配地位[4]。當(dāng)輪胎在壓力下變形，且輪胎接地塊偏離其縱軸運動，這種情況就會發(fā)生。 輪胎影響因素 輪胎對于車輛能夠被很好的操控，是非常重要的。前輪側(cè)滑緩解了車輛轉(zhuǎn)向角速度，路面較寬時危險性不大，其離心力因前輪側(cè)滑而減小，所以一般能自行制止、緩解乃至消失。 差速調(diào)整 差速機構(gòu)的作用是在賽車轉(zhuǎn)彎的時候，降低后輪與地面之間的滑動,并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機。對于智能車模型來說，前輪喪失轉(zhuǎn)向能力比后軸側(cè)滑更加危險，故從此方面考慮，重心位置應(yīng)靠近前軸。擺臂加長后，舵機空程會明顯，但是差別不大，通過程序微調(diào)舵機最大轉(zhuǎn)角能夠休整，所以可以忽略。前輪外傾角俗稱“外八字”，如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側(cè)，導(dǎo)致車輪聯(lián)接件損壞。 主銷內(nèi)傾 主銷內(nèi)傾是指主銷裝在前軸，略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。本章對相關(guān)的一些汽車?yán)碚撝R進(jìn)行研究，并就參數(shù)調(diào)整對車體性能的影響進(jìn)行研究。 本文的研究內(nèi)容1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)比賽規(guī)則要求，設(shè)計制定智能模型車系統(tǒng)方案；2）選擇及設(shè)計關(guān)鍵器件，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定實驗及功能模塊設(shè)計；3）智能模型車系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計及研究；4）智能模型車系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計及研究；5）開發(fā)智能模型車系統(tǒng)開發(fā)平臺；6）智能模型車系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化。美國國防部已經(jīng)成功舉辦了五屆智能汽車大賽，美國國防部希望智能汽車最終能夠用于軍事，以使士兵更加安全。而作為智能車高速系統(tǒng)（Intelligent Vehicle Highway Systems，簡稱IVHS）的重要一部份，智能車在世界各國的研究也隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷深入。1 概述 智能車國外發(fā)展現(xiàn)狀 韓國大學(xué)生智能模型車競賽是韓國漢陽大學(xué)汽車控制實驗室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCS12單片機為核心的大學(xué)生課外科技競賽。每年一屆，已成功舉辦四屆，此項比賽吸引了來自全國的100多所著名學(xué)校的200多支代表隊參與，由于參賽隊較多，大賽分為分賽區(qū)比賽和全國總決賽。車體結(jié)構(gòu)是硬件中一個很重要的方面，從控制的角度來說，這部分既是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)又是被控對象。圖22 傳感器的安裝 Sensor installation 前輪定位調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，在賽車過彎時，轉(zhuǎn)向舵機的負(fù)載會因為車輪轉(zhuǎn)向角度增大而增大。它使車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動恢復(fù)到原來的中間位置上。 舵機的安裝與改進(jìn) 舵機響應(yīng)速度是整車過彎速度的一個瓶頸。考慮到賽車和賽道的情況，這里只介紹與動力性、制動性和操縱穩(wěn)定性相關(guān)的理論。相應(yīng)的具有中性轉(zhuǎn)向特性的汽車，其半保持不變，具有過多轉(zhuǎn)向特性的汽車其轉(zhuǎn)彎半徑越來越小。差速器的特性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越高。前輪定位參數(shù)、車速、輪胎氣壓、載荷和驅(qū)動方式都是引起前輪側(cè)滑的因素，但前輪定位參數(shù)中前束值與外傾角匹配是影響前輪側(cè)滑的最主要因素。計算兩個物體表面之間所產(chǎn)生的摩擦力的公式是： (22)其中是最大摩擦力， N為物體表面所受到的正壓力，μ表示摩擦系數(shù)。這時候，輪胎會有一些橫向滑動。當(dāng)輪胎在壓力下變形，且輪胎接地塊偏離其縱軸運動，這種情況就會發(fā)生。 當(dāng)橡膠的復(fù)合成分(pound)非常軟，而且穩(wěn)定較高、路面也比較平滑的時候 ，粘合力就會占支配地位[4]。本章