【正文】 程序如下:PLLCTL_PLLON=1。該模塊有4個(gè)時(shí)鐘源A、SA、B、SB，其中A、SA對(duì)應(yīng)0、5通道，B、SB對(duì)應(yīng)7通道。//比例因子B寄存器 PWMSCLA =0。 /*打開(kāi)P1和P3口*/ A/D模塊初始化 A/D模塊由一個(gè)總線時(shí)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(kāi)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(chē)的研究和發(fā)展是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著目前石油的價(jià)格上漲，以及石油自身?xiàng)l件的影響，以后燃燒汽車(chē)的原料將原越來(lái)越緊缺，這必將增加人們向汽車(chē)新的能源的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，以及對(duì)汽車(chē)燃料的節(jié)省。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)試是調(diào)試系統(tǒng)的重點(diǎn)，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)智能模型車(chē)系統(tǒng)在不同控制策略及不同控制參數(shù)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。硬件設(shè)計(jì)主要包括核心控制模塊、電源管理模塊、路徑識(shí)別、舵機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、速度檢測(cè)模塊等模塊。大賽組委會(huì)所提供的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，在實(shí)際賽道測(cè)試時(shí)，遇到了嚴(yán)重的響應(yīng)延時(shí)問(wèn)題。由于賽車(chē)沒(méi)有安裝剎車(chē)機(jī)構(gòu)，車(chē)輛減速只能依靠永磁電機(jī)特性和運(yùn)動(dòng)負(fù)載減速，因此賽車(chē)減速特性較差，需要預(yù)留足夠長(zhǎng)的減速距離，完成入彎減速。舵機(jī)在模型車(chē)相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向性能需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，隨著車(chē)速的提高，舵機(jī)在過(guò)彎的時(shí)候不能及時(shí)執(zhí)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作，而導(dǎo)致模型車(chē)沖出賽道的情況，因此，提高舵機(jī)的響應(yīng)速度是有待解決的問(wèn)題；模型車(chē)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要作進(jìn)一步的調(diào)整，模型車(chē)在相對(duì)高速運(yùn)行時(shí)有時(shí)前輪會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，從而影響模型車(chē)的整體性能，因此需要從汽車(chē)?yán)碚摰慕嵌葋?lái)分析車(chē)輛重心分布、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)方面對(duì)模型車(chē)驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向性能的影響。其次，要向在設(shè)計(jì)中給過(guò)我?guī)椭椭更c(diǎn)的學(xué)長(zhǎng)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(jī)系統(tǒng)。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)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(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)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(lèi)計(jì)算機(jī)，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(jī)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(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)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(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)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(jī)等。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端[1]的型號(hào)也只有10美元。 早期的單片機(jī)都是8位或4位的。致謝首先感謝張國(guó)軍老師，本設(shè)計(jì)是在張國(guó)軍老師的指導(dǎo)下完成的，從課題選擇到論文完成的整個(gè)過(guò)程，張老師對(duì)此傾注了心血。具體來(lái)說(shuō)，還可以在以下幾方面繼續(xù)探索：1）小車(chē)機(jī)械性能方面。② 賽車(chē)彎道速度控制問(wèn)題實(shí)際賽道測(cè)試發(fā)現(xiàn)，如果不控制賽車(chē)在彎道時(shí)的速度，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的問(wèn)題。在此，對(duì)一些重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行一下說(shuō)明。通過(guò)對(duì)主要部件的標(biāo)定，以更為深入的了解各個(gè)系統(tǒng)及器件的特性，為后續(xù)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及控制算法和控制策略的制定和選擇奠定基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)更加精確和可靠的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試主要是對(duì)各個(gè)傳感器輸出特性的一致性檢測(cè)，以及在使用過(guò)程中，傳感器可能會(huì)被損壞，通過(guò)模型車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)可以很方便的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 本設(shè)計(jì)致力于智能汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上，設(shè)計(jì)的過(guò)程中從硬件電路的搭接，調(diào)試，保證硬件電路無(wú)任何的機(jī)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(shí)鐘頻率計(jì)算公式 TIM模塊增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器模塊對(duì)端口功能進(jìn)行了擴(kuò)展，ECT模塊能實(shí)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(shí)鐘由PLLCLK分頻（fBUS=fPLL/2） CLKSEL=0X00。其計(jì)算公式為：fPLL = 2*fosc*(SYNR+1)/(REFDV+1)。由于受車(chē)身結(jié)構(gòu)限制，實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能在42176。通過(guò)上圖可以看到，隨著脈寬的增加，舵機(jī)的轉(zhuǎn)角成線性變化，因此可以通過(guò)改變PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)舵機(jī)的輸出，可直接由單片機(jī)輸出口控制。 舵機(jī)和電機(jī)控制策略 賽道信息智能汽車(chē)競(jìng)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(mén)控制中，只輸出閥門(mén)開(kāi)度的變化部分，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)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(dòng)作影響大。也可寫(xiě)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(guò)大的比例系數(shù)會(huì)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(shí)間加長(zhǎng)，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞或使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。在長(zhǎng)直道行駛時(shí)，可將車(chē)速提高到最大，在進(jìn)入彎道時(shí)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(kāi)彎道時(shí)又要及時(shí)加速。這種行駛路線要求賽車(chē)手在彎道前面很遠(yuǎn)的距離就知道彎道的方向，智能車(chē)的最遠(yuǎn)預(yù)測(cè)距離約40cm，無(wú)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(yùn)行的關(guān)鍵，本章在分析的基礎(chǔ)上對(duì)智能車(chē)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路徑識(shí)別模塊、以及速度檢測(cè)模塊等部分的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)相隔離。如A/D、D/A變換器、CPU、弱信號(hào)放大器等。已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率感應(yīng)線圈電感為L(zhǎng)=10mH，可以計(jì)算出諧振電容的容量為： (37)。圖318 電感 Inductance這類(lèi)電感體積小，Q值高，具有開(kāi)放的磁芯，可以感應(yīng)周?chē)蛔兊拇艌?chǎng)。可以使用這個(gè)量對(duì)于小車(chē)轉(zhuǎn)向進(jìn)行負(fù)反饋控制，從而保證兩個(gè)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?chē)拇艌?chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，場(chǎng)的分布如上圖所示。下面列出了一些測(cè)量原理以及相應(yīng)的傳感器：（1）電磁感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法：電磁線磁場(chǎng)傳感器，磁通門(mén)磁場(chǎng)傳感器，磁阻抗磁場(chǎng)傳感器。 圖312 直線電流的磁場(chǎng) Linear Current Magnetic圖313：無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)度:Infinite field strength around the wire 導(dǎo)線中的電流按照一定規(guī)律變化時(shí)，導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)也將發(fā)生變化，這線圈中將感應(yīng)出一定的電動(dòng)勢(shì)。智能汽車(chē)競(jìng)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(guò)齒輪傳動(dòng)安裝，固定于賽車(chē)尾部。其電路如圖37所示： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 BTS7960的芯片內(nèi)部為一個(gè)半橋。 電源管理模塊 智能車(chē)雖以車(chē)為主體，但其任何行動(dòng)完全由其電路控制。在智能模型車(chē)控制系統(tǒng)的主板設(shè)計(jì)中，我們采用并聯(lián)振蕩電路。它具有很強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言支持功能，內(nèi)部資源非常豐富，主要有以下部分：時(shí)鐘和復(fù)位模塊——PLL(鎖相環(huán)模塊)——COP看門(mén)狗——時(shí)鐘監(jiān)控存儲(chǔ)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(qiáng)型捕捉定時(shí)器——16位主計(jì)數(shù)器，7位分頻系數(shù)——8個(gè)輸入捕捉通道或輸出比較通道——2個(gè)8位或1個(gè)16位脈沖計(jì)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(dú)立控制各路PWM的周期和占空比——中間對(duì)齊和左對(duì)齊輸出——頻率范圍寬的可編程時(shí)鐘選擇邏輯——緊急時(shí)刻快速關(guān)閉輸出串行接口——兩個(gè)異步串行通信接口模塊SCI——1個(gè)IIC總線接口——2個(gè)同步串行外設(shè)接口SPI——3個(gè)1M/S，——背景調(diào)試模塊（BDM）——封裝：LQFP112和LQFP80圖32 單片機(jī)系統(tǒng) MCU system 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖如圖32所示，雖然單片機(jī)將CPU、ROM、RAM以及IO統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)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(jī)系統(tǒng)提供電源、時(shí)鐘、IO驅(qū)動(dòng)、通信口等[6]。HCS12X系列單片機(jī)是Freescale 公司于2005年推出的HCS12系列增強(qiáng)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(chē)能夠更加快速穩(wěn)定的行駛，S12 單片機(jī)必須把對(duì)賽道路徑的判斷、轉(zhuǎn)向舵機(jī)的角度控制以及對(duì)直流電機(jī)的控制緊密的聯(lián)系在一起。這是因?yàn)檩喬ジ孛娼佑|的方式其實(shí)是非常特別的，其中包含兩個(gè)不同的機(jī)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(shí)候 ，粘合力就會(huì)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(yùn)動(dòng)，這種情況就會(huì)發(fā)生。 輪胎影響因素 輪胎對(duì)于車(chē)輛能夠被很好的操控，是非常重要的。前輪側(cè)滑緩解了車(chē)輛轉(zhuǎn)向角速度，路面較寬時(shí)危險(xiǎn)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(jī)構(gòu)的作用是在賽車(chē)轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，降低后輪與地面之間的滑動(dòng),并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會(huì)損害到電機(jī)。對(duì)于智能車(chē)模型來(lái)說(shuō)，前輪喪失轉(zhuǎn)向能力比后軸側(cè)滑更加危險(xiǎn)，故從此方面考慮，重心位置應(yīng)靠近前軸。擺臂加長(zhǎng)后，舵機(jī)空程會(huì)明顯，但是差別不大，通過(guò)程序微調(diào)舵機(jī)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(chē)輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車(chē)輪上部向內(nèi)傾側(cè)，導(dǎo)致車(chē)輪聯(lián)接件損壞。 主銷(xiāo)內(nèi)傾 主銷(xiāo)內(nèi)傾是指主銷(xiāo)裝在前軸，略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動(dòng)回正。本章對(duì)相關(guān)的一些汽車(chē)?yán)碚撝R(shí)進(jìn)行研究，并就參數(shù)調(diào)整對(duì)車(chē)體性能的影響進(jìn)行研究。 本文的研究?jī)?nèi)容1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)比賽規(guī)則要求，設(shè)計(jì)制定智能模型車(chē)系統(tǒng)方案；2）選擇及設(shè)計(jì)關(guān)鍵器件，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)及功能模塊設(shè)計(jì)；3）智能模型車(chē)系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)及研究；4）智能模型車(chē)系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計(jì)及研究；5）開(kāi)發(fā)智能模型車(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)；6）智能模型車(chē)系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化。美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)成功舉辦了五屆智能汽車(chē)大賽，美國(guó)國(guó)防部希望智能汽車(chē)最終能夠用于軍事，以使士兵更加安全。而作為智能車(chē)高速系統(tǒng)（Intelligent Vehicle Highway Systems，簡(jiǎn)稱IVHS）的重要一部份，智能車(chē)在世界各國(guó)的研究也隨著計(jì)算機(jī)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(chē)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 韓國(guó)大學(xué)生智能模型車(chē)競(jìng)賽是韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)汽車(chē)控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCS12單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競(jìng)賽。每年一屆，已成功舉辦四屆，此項(xiàng)比賽吸引了來(lái)自全國(guó)的100多所著名學(xué)校的200多支代表隊(duì)參與，由于參賽隊(duì)較多，大賽分為分賽區(qū)比賽和全國(guó)總決賽。車(chē)體結(jié)構(gòu)是硬件中一個(gè)很重要的方面，從控制的角度來(lái)說(shuō)，這部分既是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又是被控對(duì)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(chē)過(guò)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向舵機(jī)的負(fù)載會(huì)因?yàn)檐?chē)輪轉(zhuǎn)向角度增大而增大。它使車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車(chē)輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車(chē)輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的中間位置上。 舵機(jī)的安裝與改進(jìn) 舵機(jī)響應(yīng)速度是整車(chē)過(guò)彎速度的一個(gè)瓶頸?？紤]到賽車(chē)和賽道的情況，這里只介紹與動(dòng)力性、制動(dòng)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(chē)，其半保持不變，具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性的汽車(chē)其轉(zhuǎn)彎半徑越來(lái)越小。差速器的特性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越高。前輪定位參數(shù)、車(chē)速、輪胎氣壓、載荷和驅(qū)動(dòng)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(jì)算兩個(gè)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(shí)候，輪胎會(huì)有一些橫向滑動(dòng)。當(dāng)輪胎在壓力下變形，且輪胎接地塊偏離其縱軸運(yùn)動(dòng)，這種情況就會(huì)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(shí)候 ，粘合力就會(huì)占支配地位[4]。本章