【正文】 的時鐘源，選擇時鐘SB作為通道3的時鐘源，即時鐘選擇寄存器的值為0x2a；PWM的周期可由通道周期寄存器（PWMPER）來設(shè)置，周期計算如式43所示。捕捉端口PTO用于檢測視頻的行同步信號，捕捉端口PT1用于檢測視頻的場同步信號，捕捉端口PT2用于檢測交叉口的對管信息，捕捉端口PT3用于檢測右車庫信息，捕捉端口PT4用于檢測左車庫信息。圖312 紅外接受管電路由紅外接受管的特性可知，在輸出和正極之間串連一個1K左右的上拉電阻可直接接單片機的IO口，當(dāng)紅外接收管沒有檢測到信號時，其信號輸出端在上拉電阻的作用下呈現(xiàn)高電平；當(dāng)有紅外信號射向接收管時，其輸出端呈現(xiàn)為低電平。由此可推導(dǎo)出舵機轉(zhuǎn)動角度與脈沖寬度的計算公式，如果要求舵機轉(zhuǎn)動X度，則脈沖高電平時間T的計算如式33所示。經(jīng)示波器測試有效視頻信號的電壓范圍為2～3V。圖38 電機驅(qū)動電路圖中RRR5和R6為電路的限流電阻，起保護(hù)電路的作用，防止過大的感應(yīng)電壓對芯片內(nèi)部邏輯電路造成傷害，根據(jù)實驗選用阻值10K比較理想。如要使電機轉(zhuǎn)動，就要使位于對角上的三極管導(dǎo)通，根據(jù)導(dǎo)通情況不同，電流會從左至右或從右至左的流過電機，從而達(dá)到對單片機的正反控制。當(dāng)該電阻上的壓降接近于300mV時，電流限制功能便被啟用，主要是通過對CT引腳上定時電容進(jìn)行快速充電，從而減少充電時間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時間，其結(jié)果是輸出開關(guān)的關(guān)閉時間減少，電路中的電流大小下降，達(dá)到電流限制功能[19]。6V穩(wěn)壓電路原理圖如圖35所示。按照第二種方式設(shè)計的BDM接口電路如圖33所示。通常時鐘電路的連接方法有三種：串聯(lián)型、并聯(lián)型和使用外部有源振蕩器[13]。交通燈需要安裝十字路口，受到CCD攝像頭采集有效距離的影響，攝像頭要安裝在靠近車的路口，同時位置要高于攝像頭支桿。實際證明這種方案并不合理，首先在小車上安裝光敏電阻相對麻煩，而且電路連接較為混亂。其缺點是磁場受附近車道上磁場影響較大，而且不同傳感器對磁場感應(yīng)的變化規(guī)律有很大的差距[4]。第二章 總體設(shè)計 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)智能小車系統(tǒng)的功能模塊主要有：控制核心(MCU)模塊、電源管理模塊、交通燈檢測模塊、路徑檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、舵機控制模塊以及輔助調(diào)試模塊，在這次自動入庫的設(shè)計中還有一個紅外傳感器模塊，用于準(zhǔn)確尋找空余車位。對于大四的學(xué)生，可以將其作為畢業(yè)設(shè)計深入研究，更好的了解現(xiàn)在社會上嵌入式發(fā)展的形勢。該系統(tǒng)將Freescale16位單片機MC9S12XS128作為系統(tǒng)微控制器，設(shè)計了單片機最小系統(tǒng)、電源管理模塊、電機驅(qū)動電路、舵機驅(qū)動電路、路徑識別電路及對管定位電路，并介紹了電路相關(guān)參數(shù)的計算方法。如果這項技術(shù)成熟并投入使用，不但可以改變現(xiàn)在車場管理效率低下的現(xiàn)狀，而且可以實現(xiàn)車場無人化管理，節(jié)省人力物力。圖21 智能車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 微控制器根據(jù)圖像采集傳感器采集的道路信息快速準(zhǔn)確地對路徑進(jìn)行判斷，對舵機和后輪直流電機PWM控制，從而保證智能車能夠快速穩(wěn)定地行駛。其優(yōu)點是可以獲得小車前方較遠(yuǎn)路徑信息，不足是對圖像處理的計算量大，單片機處理數(shù)據(jù)時間長，電路設(shè)計相對復(fù)雜。紅外對射管的接收范圍相對較小，所以并不受相鄰車庫對管的影響，精確度高，能夠?qū)崿F(xiàn)小車對車庫的精確定位[8]?？瘴徊樵兊膫鞲衅靼惭b在車庫正中即可，車場系統(tǒng)硬件安裝如圖23所示。R3的作用是保證晶體正常起振，它的大小一般為10MΩ。當(dāng)單片機與調(diào)試器分離時，單片機就會自動回到普通模式。 （31）從上式可以看出LM2941輸出電壓的大小取決于R2與R1比值的大小，實際電路中R1通常取1K，[18]。這里選用電阻R1R2的大小分別為2K和18K，具體計算方法按式32所示。4個三極管的安排應(yīng)該是上面兩個位同種，下面兩個位另一種[20]。 CCD攝像頭的工作原理攝像頭有彩色和黑白之分，因為本次設(shè)計利用攝像頭的目的是采集道路中心線和信號燈方向，所以只需提取畫面的灰度信息即可，而不需要知道其色彩信息，也就是說黑白攝像頭就可以滿足設(shè)計要求。因為單片機的速度有限，而一些脈沖的間隔時間又較短，為了減輕其處理負(fù)擔(dān)，這里采用了硬件的方法進(jìn)行信號的處理，選用芯片LM1881作為電路核心，其和外圍電路構(gòu)成的攝像頭圖像采集電路如圖310所示。但在實際小車安裝硬件中，舵機的轉(zhuǎn)動范圍只有左右30度。通過輸入捕捉功能檢測單片機PT2口、PT3口和PT4口電平的高低變化，從而改變程序調(diào)用參數(shù)cx的數(shù)值，根據(jù)cx的大小決定主函數(shù)調(diào)用各子函數(shù)。 PIT模塊初始化設(shè)計周期中斷定時器PIT模塊的全稱是Periodic Interrupt Timer，其主要作用是周期性產(chǎn)生中斷和外設(shè)模塊觸發(fā)，其包含4路24位定時器，程序中利用PIT模塊實現(xiàn)定時功能。 （44） AD轉(zhuǎn)換初始化設(shè)計CCD攝像頭輸出的是模擬信號，而單片機只能接受數(shù)字量進(jìn)行計算，所以需要將CCD的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。引導(dǎo)線提取流程如圖43所示。同時對電機的PWM信號設(shè)置，使單片機PP1口輸出低電平，PP5口輸出占空比為20%的PWM信號，這樣后輪電機反轉(zhuǎn)，小車以與前進(jìn)時同樣的速度后退。 //采集某行的點標(biāo)號uint hang_counter。//左右車庫標(biāo)識uchar p=0。REFDV = 0x81。 //定時器通道0使用微計數(shù)器0PITMTLD0=2001。 //通道3設(shè)置為先高后低PWMCLK=0x2a。DDRP=0xff。 PITINTE_PINTE0=0。case 4: SERVOR_ANGLE=4。 PWM_duoji=SERVOR_CENTER+PER_TEMP*SERVOR_ANGLE。 case 0: SERVOR_ANGLE=0。//舵機右轉(zhuǎn)24度} else if(ERROR=10) { PWM_duoji=220。} //左打輪 PWMDTY01=0。 //使能通道01PWME_PWME5=1。 //通道45級聯(lián)為16位PWM,由通道5控制，用于電機控制二PWMCTL_CON23 =1。 //連續(xù)轉(zhuǎn)換，單通道，模擬通道位AN7 ATD0DIEN =0x00。 //設(shè)置總線頻率為OSCCLLPLLCTL amp。 //舵機占空比系數(shù)，此時角度為0int counter[rowmax],counter_flag[rowmax]。設(shè)計系統(tǒng)的缺陷之處有：本次設(shè)計用的是單片機內(nèi)部AD，采集速度有點慢，導(dǎo)致圖像中每行信息采集的過少，數(shù)據(jù)處理結(jié)果出現(xiàn)失真情況，并且使采集的有效范圍減少。在本設(shè)計中在小車前方左右各有一個紅外對管接收器來接受車庫信號，以便區(qū)分空余車庫在小車左方還是右方。攝像頭采集數(shù)據(jù)程序流程如圖42所示。比例因子A寄存器和比例因子B寄存器的值都為20，即時鐘SA和SB的頻率為時鐘A和B的四十分之一（）。這里使用的是TIM模塊的輸入捕捉功能，輸入捕捉功能是通過捕捉16位自由運行計數(shù)器的計算值來檢測外部事件和輸入變化的。紅外接受與單片機的連接如圖312所示。由舵機的特性可知，在實際中PWM的周期也為20ms，舵機轉(zhuǎn)動的角度為0；，舵機向右打輪90度；，舵機向左打輪90度。 攝像頭每秒掃描25 幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，奇場時只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時則只掃描偶數(shù)行，故每秒掃描50 場圖像，每行需要64微妙，但在實際測量中每行的時間為40微妙。電機驅(qū)動電路如圖38所示。H橋驅(qū)動電路因其形狀酷似英文字母H而得名，其電路包含4個三極管和一個電機，三極管位于H的4個垂直腿，電機則位于H的橫杠上。通過判斷連接在5V電源與SI檢測口的電阻上的壓降來完成電流限制的功能。當(dāng)輸出電流為1A 并且輸入輸出壓差為5V 時,靜態(tài)電流僅為30mA。第二種方法是清華大學(xué)提出的，該方式將BKGD設(shè)置到第三腳，這樣即使BDM頭插反，也不會引起任何嚴(yán)重的后果。 單片機時鐘電路設(shè)計時鐘電路是單片機最小系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于使用的晶振體工作頻率很高，如果電路設(shè)計不合理會使其工作時產(chǎn)生的高頻信號對其他電路造成干擾，特別對模擬部分的干擾較大，甚至?xí)率箚纹瑱C系統(tǒng)無法正常工作。 車場硬件安裝智能車場的設(shè)計是獨立于自動入庫系統(tǒng)的，但本次設(shè)計需要車場相關(guān)硬件配合，所以這里對車場的硬件安裝提出簡單要求，其主要部分有：紅外對管、交通燈以及用于空位查詢的光電管。能夠?qū)崿F(xiàn)定位的傳感器數(shù)不勝數(shù)，最初試想的方案是利用光敏電阻來測量小車與車位的距離，具體做法是在車庫中央安裝發(fā)光二極管，車庫空著時二極管被點亮，在小車四周安裝八個光敏電阻，利用光敏電阻距離光源位置不同產(chǎn)生不同電阻的原理，進(jìn)而產(chǎn)生電壓差，從而測出小車距離光源的位置。這種方案的特點是：磁場在空間的分布具有方向性，所以電磁傳感器采集的信息同樣具有特定的方向。本設(shè)計的具體任務(wù)如下：（1）、結(jié)合停車場模型，設(shè)計引導(dǎo)路線的識別方法；（2）、結(jié)合停車場模型，設(shè)計信號燈的識別方法；（3）、設(shè)計小車控制硬件電路原理圖、PCB；（4）、設(shè)計循跡、停車入庫軟件。該項目為我們提供了一個學(xué)習(xí)的平臺，讓有興趣的同學(xué)參與開發(fā)研究，可以開闊大家的視野，激發(fā)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的熱情。在小車自動停車入庫系統(tǒng)中，小車通過采集道路信息、交通燈信息以及車庫信息，自動從車場入口行駛至指定空車位，并準(zhǔn)確停車入庫。因為車輛入庫是按照空余車位指定的路線自動行駛停放的，從而解決了車庫排隊擁擠和停車安全的問題，減少了車主停車的時間。其中微控制器選用Freescale公司的MC9S12XS128開發(fā)模塊；電源管理模塊為開發(fā)模塊、各傳感器、舵機以及直流電機提供電源；圖像采集模塊采用面陣CCD攝像頭；舵機控制模塊用來控制小車轉(zhuǎn)向的，模塊化舵機只要送入脈寬調(diào)制信號就可控制其轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角，控制主要是通過單片機片內(nèi)資源PWM配合編程實現(xiàn)；直流電機驅(qū)動模塊為車后輪直流電機驅(qū)動。攝像頭的選擇也存在兩種方案，一種是采用CCD圖像傳感器，其是以PAL制式信號輸出到CCD信號處理模塊并進(jìn)行同步信號分離，連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)和同步信號同時輸入到S12單片機控制核心，進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理。 系統(tǒng)硬件安裝 智能車系統(tǒng)硬件安裝智能車上的硬件有：車輪、舵機、路徑采集攝像頭、交通燈采集攝像頭、電機、主控芯片、電源驅(qū)動一體化電路、紅外接收管、視頻分離電路。圖23 車場系統(tǒng)安裝示意圖第三章 硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機MC9S12XS128簡介我們選用飛思卡爾公司的MC9S12XS128作為系統(tǒng)的主控芯片，其隸屬于MC9S12X系列。在設(shè)計時鐘電路PCB時要注意下面三點：（1） 晶振體的周圍盡量不要有線路，特別是對信號質(zhì)量要求高的器件連線；（2） 為了保證單片機的穩(wěn)定性和避免晶振對周圍電路造成干擾，它們之間的連線要盡量短，盡量寬；（3） 為了阻擋晶振體的噪聲，可以將地線包圍和覆蓋在其周圍，這樣也可以避免其他信號的干擾。 電源電路設(shè)計電源模塊的設(shè)計是為整個系統(tǒng)提供所需的電源，所以首先需要設(shè)計出滿足要求的電壓電流，其次需要考慮電源轉(zhuǎn)換率和噪聲等方面，穩(wěn)定可靠的電源是整個硬件電路穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。此外輸出電壓的穩(wěn)定性；也取決于R1和R2的穩(wěn)定性；即電阻穩(wěn)定性好，則電路就不會因溫度等因素而引起輸出電壓的不穩(wěn)定，所以這兩個電阻不能太小或者不接。 （32）根據(jù)MC34063工作頻率等特性，可以計算出定時電容CT的大小為470pF,濾波電容C和C0的大小都為100uF。H橋示意圖如圖37所示。攝像頭的主要組成部分有鏡頭、圖像傳感芯片和外圍電路。圖310 攝像頭圖像采集電路如上圖所示CVBS引腳（即2腳）為視頻信號輸入端，在其之前接一個電容濾除雜波，與此同時視頻信號也接入單片機的AD0口；VSYNC引腳（即3腳）為場同步信號輸出端，與單片機輸入捕捉端口PT1連接，當(dāng)攝像頭信號的場同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖?，一般維持230us，然后重新變回高電平；CSYN引腳（即2腳）為行同步信號輸出端，與單片機輸入捕捉端口PT0連接，當(dāng)信號中的行同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖剑籓DD引腳為奇偶同步信號輸出端，當(dāng)攝像頭信號處于奇場時，該端為高電平，當(dāng)處于偶場時，為低電平。 紅外對管電路 紅外線是光譜中波長從760至400微米的電磁波，其是不可見光線，人眼無法識別，紅外線可用于檢測的優(yōu)點是受其他光線影響較小。當(dāng)cx的值為0時，執(zhí)行自動循跡子程序，通過單片機內(nèi)部AD對CCD攝像頭的數(shù)據(jù)采集，判斷出小車與中心黑線的偏差，將偏差送給舵機1子程序，調(diào)整小車的狀態(tài)；當(dāng)cx的值為1時，說明小車已經(jīng)行駛到十字路口，同樣用AD將信號燈的數(shù)據(jù)采集出來，通過辨別信號燈的指向，確定小車的轉(zhuǎn)向。PIT模塊的工作原理是：通過片內(nèi)總線時鐘的8位微計數(shù)器減一操作完成，當(dāng)此微計數(shù)器的數(shù)值減到0時，就會觸發(fā)高16位計數(shù)器做一次減一操作，如此循環(huán)計數(shù)直到這兩個計數(shù)器的數(shù)值都減到0，則就會產(chǎn)生定時器溢出中斷，從而完成計時功能。轉(zhuǎn)換方法可以利用專用的AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，這種方法轉(zhuǎn)換速度較快，但需要設(shè)計相關(guān)的外圍電路，也可以用XS128單片機內(nèi)置的AD模塊，為了充分開發(fā)單片機的內(nèi)部資源，這里使用第二種方法。圖43 引導(dǎo)線提取流程圖 上圖中參數(shù)error為小車偏離引導(dǎo)線的相對距離，其為正數(shù)時小車位于引導(dǎo)線的左側(cè)，需要對舵機進(jìn)行右打輪。之后將小車前輪打正。//總行計數(shù)uint row。 //定時器初始化參數(shù)uchar cx=0。 //32M時 SYNR=0x43,具體頻率都需要計算PLLCTL = PLLCTL | 0x70。 //八位定時器初值設(shè)定PITLD0=PITTIME1。 //通道1，5設(shè)置為SA時鐘源，通道3設(shè)置為SB時鐘源PWMPRCLK=0x33。 //PWM輸出DDRT=0X00。 //定時器中斷通道0關(guān)閉 PITCFLMT_PITE=0。 PWM_duoji=SERVOR_CENTERPER_TEMP*SERVOR_ANGLE。//舵機右轉(zhuǎn)3度