【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高電平；當有紅外信號射向接收管時，其輸出端呈現為低電平。由此可推導出舵機轉動角度與脈沖寬度的計算公式，如果要求舵機轉動X度，則脈沖高電平時間T的計算如式33所示。經示波器測試有效視頻信號的電壓范圍為2～3V。圖38 電機驅動電路圖中RRR5和R6為電路的限流電阻，起保護電路的作用，防止過大的感應電壓對芯片內部邏輯電路造成傷害，根據實驗選用阻值10K比較理想。如要使電機轉動，就要使位于對角上的三極管導通，根據導通情況不同，電流會從左至右或從右至左的流過電機，從而達到對單片機的正反控制。當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引腳上定時電容進行快速充電，從而減少充電時間和輸出開關管的導通時間，其結果是輸出開關的關閉時間減少，電路中的電流大小下降，達到電流限制功能[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：串聯型、并聯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的變化規(guī)律有很大的差距[4]。第二章 總體設計 系統(tǒng)硬件結構智能小車系統(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、電機驅動模塊、舵機控制模塊以及輔助調試模塊，在這次自動入庫的設計中還有一個紅外傳感器模塊，用于準確尋找空余車位。對于大四的學生，可以將其作為畢業(yè)設計深入研究，更好的了解現在社會上嵌入式發(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，設計了單片機最小系統(tǒng)、電源管理模塊、電機驅動電路、舵機驅動電路、路徑識別電路及對管定位電路，并介紹了電路相關參數的計算方法。如果這項技術成熟并投入使用，不但可以改變現在車場管理效率低下的現狀，而且可以實現車場無人化管理，節(jié)省人力物力。圖21 智能車系統(tǒng)總體結構框圖 微控制器根據圖像采集傳感器采集的道路信息快速準確地對路徑進行判斷，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路徑信息，不足是對圖像處理的計算量大，單片機處理數據時間長，電路設計相對復雜。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，能夠實現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。當單片機與調試器分離時，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，為了減輕其處理負擔，這里采用了硬件的方法進行信號的處理，選用芯片LM1881作為電路核心，其和外圍電路構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，從而改變程序調用參數cx的數值，根據cx的大小決定主函數調用各子函數。 PIT模塊初始化設計周期中斷定時器PIT模塊的全稱是Periodic Interrupt Timer，其主要作用是周期性產生中斷和外設模塊觸發(fā)，其包含4路24位定時器，程序中利用PIT模塊實現定時功能。 （44） AD轉換初始化設計CCD攝像頭輸出的是模擬信號，而單片機只能接受數字量進行計算，所以需要將CCD的模擬信號轉換成數字信號。引導線提取流程如圖43所示。同時對電機的PWM信號設置，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，小車以與前進時同樣的速度后退。 //采集某行的點標號uint hang_counter。//左右車庫標識uchar p=0。REFDV = 0x81。 //定時器通道0使用微計數器0PITMTLD0=2001。 //通道3設置為先高后低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級聯為16位PWM,由通道5控制，用于電機控制二PWMCTL_CON23 =1。 //連續(xù)轉換，單通道，模擬通道位AN7 ATD0DIEN =0x00。 //設置總線頻率為OSCCLLPLLCTL amp。 //舵機占空比系數，此時角度為0int counter[rowmax],counter_flag[rowmax]。設計系統(tǒng)的缺陷之處有：本次設計用的是單片機內部AD，采集速度有點慢，導致圖像中每行信息采集的過少，數據處理結果出現失真情況，并且使采集的有效范圍減少。在本設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。攝像頭采集數據程序流程如圖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行，偶場時則只掃描偶數行，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。電機驅動電路如圖38所示。H橋驅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提出的，該方式將BKGD設置到第三腳，這樣即使BDM頭插反，也不會引起任何嚴重的后果。 單片機時鐘電路設計時鐘電路是單片機最小系統(tǒng)設計中的關鍵環(huán)節(jié)，由于使用的晶振體工作頻率很高，如果電路設計不合理會使其工作時產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，甚至會致使單片機系統(tǒng)無法正常工作。 車場硬件安裝智能車場的設計是獨立于自動入庫系統(tǒng)的，但本次設計需要車場相關硬件配合，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。能夠實現定位的傳感器數不勝數，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生不同電阻的原理，進而產生電壓差，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。本設計的具體任務如下：（1）、結合停車場模型，設計引導路線的識別方法；（2）、結合停車場模型，設計信號燈的識別方法；（3）、設計小車控制硬件電路原理圖、PCB；（4）、設計循跡、停車入庫軟件。該項目為我們提供了一個學習的平臺，讓有興趣的同學參與開發(fā)研究，可以開闊大家的視野，激發(fā)學習基礎理論的熱情。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向的，模塊化舵機只要送入脈寬調制信號就可控制其轉向和轉角，控制主要是通過單片機片內資源PWM配合編程實現；直流電機驅動模塊為車后輪直流電機驅動。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信號處理模塊并進行同步信號分離，連續(xù)的圖像數據和同步信號同時輸入到S12單片機控制核心，進行進一步的圖像處理。 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。 電源電路設計電源模塊的設計是為整個系統(tǒng)提供所需的電源，所以首先需要設計出滿足要求的電壓電流，其次需要考慮電源轉換率和噪聲等方面，穩(wěn)定可靠的電源是整個硬件電路穩(wěn)定運行的基礎。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，當信號中的行同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖?；ODD引腳為奇偶同步信號輸出端，當攝像頭信號處于奇場時，該端為高電平，當處于偶場時，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cx的值為0時，執(zhí)行自動循跡子程序，通過單片機內部AD對CCD攝像頭的數據采集，判斷出小車與中心黑線的偏差，將偏差送給舵機1子程序，調整小車的狀態(tài)；當cx的值為1時，說明小車已經行駛到十字路口，同樣用AD將信號燈的數據采集出來，通過辨別信號燈的指向，確定小車的轉向。PIT模塊的工作原理是：通過片內總線時鐘的8位微計數器減一操作完成，當此微計數器的數值減到0時，就會觸發(fā)高16位計數器做一次減一操作，如此循環(huán)計數直到這兩個計數器的數值都減到0，則就會產生定時器溢出中斷，從而完成計時功能。轉換方法可以利用專用的AD轉換器實現，這種方法轉換速度較快，但需要設計相關的外圍電路，也可以用XS128單片機內置的AD模塊，為了充分開發(fā)單片機的內部資源，這里使用第二種方法。圖43 引導線提取流程圖 上圖中參數error為小車偏離引導線的相對距離，其為正數時小車位于引導線的左側，需要對舵機進行右打輪。之后將小車前輪打正。//總行計數uint row。 //定時器初始化參數uchar cx=0。 //32M時 SYNR=0x43,具體頻率都需要計算PLLCTL = PLLCTL | 0x70。 //八位定時器初值設定PITLD0=PITTIME1。 //通道1，5設置為SA時鐘源，通道3設置為SB時鐘源PWMPRCLK=0x33。 //PWM輸出DDRT=0X00。 //定時器中斷通道0關閉 PITCFLMT_PITE=0。 PWM_duoji=SERVOR_CENTERPER_TEMP*SERVOR_ANGLE。//舵機右轉3度