【正文】 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。3）軟件控制算法方面。針對這一問題，采用如下措施：首先，加大舵機(jī)工作電壓，增加舵機(jī)抗負(fù)載能力。 總結(jié)經(jīng)過四個(gè)月時(shí)間的準(zhǔn)備，我完成了計(jì)劃中所需完成的內(nèi)容。 本章小結(jié)本章對控制決策進(jìn)行了分析，選擇了最優(yōu)控制路徑，在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，分析并應(yīng)用了PID控制和PD控制，以達(dá)到更好的控制效果。 ATD0CTL3=0xA0。PWMPER23 =20000。 CRGFLG=0X40。%時(shí)舵機(jī)指向0176。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳、對運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性較差。微分控制可以預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前校正作用，因此可以較好的改善動(dòng)態(tài)性能[10]。這樣過彎路線有利于增大轉(zhuǎn)彎半徑，提高過彎速度，防止側(cè)滑。 總體控制流程圖整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)為主控MCU，對模擬和數(shù)字傳感器信號進(jìn)行采集處理，并對輸出的PWM分別控制，進(jìn)行舵機(jī)和電機(jī)的控制，控制舵機(jī)來決定賽車的角度，通過電路驅(qū)動(dòng)來控制電機(jī)，決定賽車的速度。② 注意晶振布線。如下表所示：表1 典型的環(huán)境磁場強(qiáng)度范圍 Typical environmental magnetic field intensity range磁場環(huán)境家用電器一米范圍地表面地球磁場工業(yè)電機(jī)和電纜十米范圍內(nèi)磁場性質(zhì) 50HZ 恒定 50HZ20KHZ磁場強(qiáng)度103102 1100104102（3） 比賽選擇20kHz的交變磁場作為路徑導(dǎo)航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場的干擾，因此信號放大需要進(jìn)行選頻放大，使得20kHz的信號能夠有效的放大，并且去除其它干擾信號的影響。為此，我們可以使用相距長度為L的兩個(gè)感應(yīng)線圈，計(jì)算兩個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的差值： (36) 下面假設(shè)L=30cm，計(jì)算兩個(gè)線圈電動(dòng)勢差值如下圖所示： 圖317 感應(yīng)電動(dòng)勢差值與x函數(shù) EMF difference function with x 從上圖可以看出，當(dāng)左邊線圈的位置x=15cm的時(shí)候，此時(shí)兩個(gè)線圈的中心恰好處于跑道中央，感應(yīng)電動(dòng)勢差值Ed為0。（6）質(zhì)子磁進(jìn)動(dòng)磁場測量方法。為此，我們將導(dǎo)線周圍變化的磁場近似緩變的磁場，按照檢測靜態(tài)磁場的方法獲取導(dǎo)線周圍的磁場分布，從而進(jìn)行位置檢測[7]。IS引腳是電流檢測輸出引腳。復(fù)位監(jiān)控器件，主要可以大大提高M(jìn)CU的復(fù)位性能，其原理是通過確定的電壓值（閾值）啟動(dòng)復(fù)位操作，同時(shí)排除瞬間干擾的影響，又有防止MCU在電源啟動(dòng)和關(guān)閉期間的誤操作，保證數(shù)據(jù)安全。CPU外部總線頻率為8MHz，內(nèi)部運(yùn)算速度為25MHz。首先結(jié)合汽車?yán)碚摵痛罅康膶?shí)驗(yàn)對智能車前輪主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角、車輪前束等前輪定位參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使智能車直線行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動(dòng)回正，并減少輪胎的轉(zhuǎn)向零件磨損等。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。合理地調(diào)節(jié)這些參數(shù)，是前輪側(cè)滑達(dá)到最小。 綜合上面的理論可知:重心靠近后軸，對于模型車動(dòng)力性能有益；重心靠近前軸，于模型車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性有益。在并非改變舵機(jī)本身結(jié)構(gòu)的條件下，將舵機(jī)豎立起來，加大兩端的力臂，并使其力臂相等。前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向輕便和減少輪胎的磨損。分賽區(qū)的前幾名優(yōu)勝者參加全國的總決賽。基于飛思卡爾單片機(jī)的智能車設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄0 前言 11 概述 2 智能車國外發(fā)展現(xiàn)狀 2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀 2 本文的研究內(nèi)容 22 汽車模型機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 4 傳感器的安裝 5 前輪定位 5 主銷內(nèi)傾 5 主銷后傾 5 前輪外傾 6 舵機(jī)的安裝與改進(jìn) 6 主控板的連接與固定 7 重心調(diào)整 7 差速調(diào)整 8 防側(cè)滑理論 8 輪胎影響因素 9 本章小結(jié) 113 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 12 智能車系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 12 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 HCS12X系列單片機(jī)簡介 12 MC9S12XS128性能概述 13 電源管理模塊 17 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 17 速度檢測模塊 18 調(diào)試模塊 19 鍵盤模塊 19 LCD顯示模塊 19 路徑識別模塊 20 導(dǎo)線周圍的電磁場 20 雙水平線圈方案 22 感應(yīng)磁場線圈 25 信號選頻放大 25 幅度測量 26 硬件的抗干擾措施 27 本章小結(jié) 284 軟件設(shè)計(jì) 29 總體控制流程圖 29 控制策略分析 29 控制方法的選擇及分析 31 舵機(jī)調(diào)節(jié) 32 模擬式PID調(diào)節(jié) 33 數(shù)字式PID 33 舵機(jī)控制策略 35 賽道信息 35 舵機(jī)控制策略 35 各個(gè)模塊初始化 36 時(shí)鐘模塊初始化 36 PWM模塊初始化 37 A/D模塊初始化 38 ECT模塊 38 本章小結(jié) 395 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 406 結(jié)論 41 系統(tǒng)調(diào)試 41 總結(jié) 41 展望 42致謝 44參考文獻(xiàn) 45附錄A 譯文 46附錄B 外文文獻(xiàn) 50附錄C 部分程序 56III0 前言 智能運(yùn)輸系統(tǒng)作為未來交通發(fā)展趨勢之一，為解決城市交通擁擠和堵塞問題提供了有效途徑。本屆比賽在前幾屆比賽的基礎(chǔ)上增加了賽道的難度，增加了彎道和蛇形道在整個(gè)賽道中的比重，在決賽中還增加了不同角度的坡道，這對參賽選手及智能模型車系統(tǒng)提出了更高的要求。前輪是轉(zhuǎn)向輪，它的安裝位置由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4 個(gè)項(xiàng)目決定，所使用的車模中，車輪和主銷是平行的，調(diào)成了0度左右，適當(dāng)?shù)恼笆梢蕴岣哌B續(xù)轉(zhuǎn)向的反應(yīng)能力。通過實(shí)際測試，力臂的增大的確大大提高了模型車的轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向?？紤]到智能車競賽對于智能車的動(dòng)力性高要求有操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)性的要求高，所以可以在安裝電路板、電池位置時(shí)，使型車的重心位置靠近前軸，從而提高智能車的整體性能。 由前面的分析可知，后輪側(cè)滑在模型車的運(yùn)行過程中危害極大（尤其在過彎時(shí)），對模型車的過彎速度有很大的影響。當(dāng)壓在輪胎上的重量或滑動(dòng)量發(fā)生改變的時(shí)候，這兩個(gè)因素的比例就會發(fā)生改變。然后介紹了汽車在正常行駛中發(fā)生側(cè)滑的原因與減小側(cè)滑的方法，通過調(diào)整車體的重心、質(zhì)量、底盤參數(shù)以及前輪定位能夠減小了智能車運(yùn)行過程中發(fā)生側(cè)滑的可能性。尋址方式有16種。本設(shè)計(jì)采用專門的復(fù)位芯片IMP811S，如圖34所示：圖34 復(fù)位電路 The circuit of resett 4）BDM下載線接口電路：當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入BDM模式之后，上位機(jī)可以通過BDM接口單片機(jī)下載程序，進(jìn)行在線調(diào)試，BDM方式是單片機(jī)開發(fā)的最根本的調(diào)試方式。圖37 AMS11175應(yīng)用電路 The application circuit of AMS11175圖38 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 The module of motor driver 速度檢測模塊編碼器用于電機(jī)測速，是電機(jī)閉環(huán)控制的關(guān)鍵檢測反饋元件。 由畢奧薩伐爾定律知：通有恒電流I長度L的直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，距離導(dǎo)線距離r處p點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： (31) 由此得： (32)對于無限長直電流來說，上式中則有： (33)由圖313可見，感應(yīng)磁場的分布是以導(dǎo)線為軸的一系列的同心圓。 以上各種磁場測量方法所依據(jù)的原理各不相同，測量的磁場精度和范圍相差也很大，G。當(dāng)線圈往左偏移，x∈（15,30），感應(yīng)電動(dòng)勢差值小于零；反之，當(dāng)線圈往右偏移，x∈(0,15)，感應(yīng)電動(dòng)勢大于零。 圖320 為RLC并聯(lián)諧振 parallel resonant 上述電路中，E是感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢，L是感應(yīng)線圈的電感量，R0是電感的內(nèi)阻，C是并聯(lián)諧振電容。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。另外使用編碼器采集速度值，作為輔助速度控制。這樣，系統(tǒng)的控制目的可以歸納為：在使智能車不發(fā)生側(cè)滑的情況下，用最快的速度沿著中一內(nèi)一外的行駛路徑通過彎道，可以說這是這個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)的控制方法[9]。 模擬式PID調(diào)節(jié)比例P積分I微分D被控對象＋＋－＋r(t)e(t)y(t)u(t)圖46 模擬PID控制原理圖 The diagram of analog PID control principle 模擬PID控制原理如圖46所示，單位反饋e代表理想輸入與實(shí)際輸出的誤差，這個(gè)誤差信號被送到控制器，控制器算出誤差信號的積分值和微分值，并將它們與原誤差信號進(jìn)行線性組合，得到輸出量u。針對上述問題，長期以來，人們一直在尋求控制器參數(shù)的自整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高性能指標(biāo)的控制要求[12]。%時(shí)舵機(jī)指向90176。 //當(dāng)上電復(fù)位發(fā)生時(shí)PORF置1 系統(tǒng)復(fù)位不受影響 while(!(CRGFLG_LOCK==1))。 PWMDTY23 =STEER_MID_VALUE。 ATD0CTL4=0xe3。使用連續(xù)算法進(jìn)行路徑識別，有效的提高了路徑識別的分辨率，使舵機(jī)控制更加連續(xù)?；仡櫛敬卧O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行一下總結(jié)。其次，增加力臂長度，以加快舵機(jī)響應(yīng)。首先，可以繼續(xù)在模糊控制算法上進(jìn)行深入，也可以引入記憶算法的研究。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會有較大的發(fā)展。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。目前，主要試過的路面檢測傳感器是電磁傳感器，賽車以檢測通以20KHZ、100mA的導(dǎo)線的電磁場為基礎(chǔ)，通過單片機(jī)采集到的磁感應(yīng)電壓信號，實(shí)現(xiàn)對賽車的轉(zhuǎn)向控制，進(jìn)而識別賽道達(dá)到路徑尋跡的目的。而參考舵機(jī)說明書，并通過實(shí)際測試，發(fā)現(xiàn)舵機(jī)響應(yīng)延時(shí)大于20ms，無法及時(shí)響應(yīng)控制命令。智能小車在該跑道上進(jìn)行綜合測試時(shí)，直線上行駛過程中小車不會出現(xiàn)圍繞中心銅線左右擺動(dòng)的情況，能夠全速前進(jìn)；在彎道時(shí)小車能夠及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并且沿著內(nèi)彎行駛，不會沖出賽道或者沿外圈行駛。 TSCR1_TEN = 1。 ATD0CTL2=0x40。 PWMDTY01 =STEER_MID_VALUE。 REFDV=0X81?？刂贫艘恢芷趹?yīng)該為50Hz～100Hz的方波，為使其快速響應(yīng)性能好，我們使用100Hz方波控制。所以，探求一種精確的整定方法有著重要的理論意義和工程應(yīng)用意義。微分控制作用實(shí)質(zhì)上跟偏差變化速率有關(guān)。彎道上達(dá)到約70cm。良好的控制才能提高車子的平均速度，增加智能車的穩(wěn)定性，因此就要對小車的行駛速度和行駛方向進(jìn)行控制算法研究，本文采用了PID控制電機(jī)速度，PD控制舵機(jī)角度。2）切斷干擾傳播途徑① 在系統(tǒng)各芯片的電源輸入端增加濾波電路，減少電源噪聲的干擾。（2）噪聲多：一般環(huán)境下，周圍存在著不同來源、不同變化頻率的磁場。 圖315 感應(yīng)線圈的布置方案Fig. 315 induction coil arrangement scheme假設(shè)h=5cm，x（15，+15）cm，計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢隨著線圈水平位置x的變化取值，如下圖所示： 圖316 感應(yīng)電動(dòng)勢與x的函數(shù) Induced electromotive force as a function of x如果只是用一個(gè)線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢E是位置x的偶函數(shù)。（5）超導(dǎo)量子干涉（SQUID）磁場測量方法：SQUID薄膜磁敏元件。由于賽道導(dǎo)航電線和小車尺寸l遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁波的波長，電磁場輻射能量很小，所以能夠感應(yīng)到電磁波的能量非常小。SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，具有防電磁干擾的功能。電容的溫度性比較敏感，在特殊環(huán)境中，復(fù)位的電平寬度變化十分大，造成芯片不動(dòng)作，或者在強(qiáng)干擾下誤動(dòng)作。 MC9S12XS128性能概述 MC9S12XS128作為S12系列的一種，這種單片機(jī)的中央處理器CPU12由以下三部分組成：算術(shù)邏輯單元ALU、控制單元和寄存器組。 本章小結(jié)本章對智能車系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)試進(jìn)行了闡述。應(yīng)該注意的是：當(dāng)輪胎產(chǎn)生少量的橫