【文章內(nèi)容簡介】 。所以，當ADJ 端 (1 腳 )的電阻值增大時，輸出電壓將會升高。 核心控制模塊 本文使用的微控制器是 freescale 公司推出的 S12 系列增強型的 16 位單片機MC9S12DG128，該系列單片機在汽車電子領域有著廣泛的應用。 S12 系列單片機的中央處理器 CPU 12 由以下三部分組成 :算術邏輯單元 ALU，控制單元和寄存器組。 CPU 外部總線頻率為 8MHz 或者 16MHz，通過內(nèi)部鎖相環(huán) (PLL)，可以使內(nèi)部總線速度可以達到 24MHz。尋址方式有 16 種。內(nèi)部寄存器組中的寄存器，堆棧指針和變址寄存器均為 16 位。 它具有很強的高級語言支持功能。 CPU 12的累加器 A 和 B 是 8 位的，也可以組成 16 位累加器 D。 CPU 12 的寄存器組包括如下 5 個部分： A, B 或 16 位的累加器 D 位尋址寄存器 X 和 Y 是用來處理操作數(shù)的地址，可分別用于源地址、目的地址的指針型變量運算 SP 是 16 位寄存器 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １０ PC 是 16位寄存器，它表示下一條指令或下一個操作數(shù)的地址 CCR 單片機 MC9S12DG128 的內(nèi)部資源 MC9S12DG128 作為 S12 系列的一種，內(nèi)部資源非常豐富， 簡要介紹如下 : (1)PL(鎖相環(huán)頻率合成器 ) (2)COP 看門狗 (3)時鐘監(jiān)控 (1)128KB Flash EEPROM (2)2KB EEPROM (3)8KB RAM 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換器 (1)10 位精度 (2)具有外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換功能 (1)16 位主計數(shù)器， 7 位分頻系數(shù) (2)8 個輸入捕捉通道或輸出比較通道 (3)2 個 8 位或 1 個 16 位脈沖計數(shù)器 PWM 通道 (1)可編程周期以及占空比 (2)8 位 8 路 /16 位 4 路 PWM (3)獨立控制各路 PWM 的周期和占空比 (4)中間對齊和左對齊輸出 (5)頻率范圍寬的可編程時鐘選擇邏輯 (6)緊急時刻快速關閉輸出 (1)2 個異步串行通信接口模塊 SCI (2)1 個 IIC 總線接口 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １１ (3)2 個同步串行外設接口 SPI (4)3 個 1 M/S, , 兼容模塊 (5) SAE J1850 網(wǎng)絡通訊口 MC9S12DG128 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 MC9S12DG128 單片機系統(tǒng)框圖 單片機 MC9S12DG128 的最小系統(tǒng) 雖然單片機將 CPU, ROM, RAM 以及 I/O 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、I/O驅(qū)動、通信口等。 MC9S12DG128 的最小硬件系統(tǒng)可以分為以下幾個部分： (1)供電電路。開發(fā)板的供電是靠外部 +5V 電源，通過外部電源提供的。實際上，單片機 I/O 模塊的供電多數(shù)采用 +5V，單片機的 CPU 速度越來越快， CPU的供電電壓也越來越低，一般采用 , 甚至更低的工 作電壓。 S12 單片機片內(nèi)使用 電壓，片外 I/O 使用 5V 電壓，較低的片內(nèi)電壓使 CPU 運算速度快、功耗低 。較高的 I/O 電平有利于抗外界干擾，所以 S12 單片機特別適合于那些工作環(huán)境惡劣的控制系統(tǒng)。由于 S12 單片機內(nèi)部集成了電壓調(diào)整器模塊，電壓調(diào)整器模塊產(chǎn)生單片機內(nèi)部需要的其他電壓，因此只要向 S12 單片機提供 +5V 外部電源就可以了。為了穩(wěn)定這些不同的電壓，需要外接一些電容，這些電容有兩2 個 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換器 增強型 8 路 16位定時器 8 位 8 路 /16 位 4 路 PWM 2 個 SCI 口 2 個 SPI 口 1 個 IIC 總線接口 SAE J1850 通訊口 5個增強型 CAN總線接口 HCS12CPU 128KB FLASH 8KB RAM 2KB EEPROM 5V 變 電壓調(diào)制器 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １２ 類，電容值比較大的如 1uF, lOuF 等稱為儲能電容，儲能電容消除吞吐數(shù)字電路1 變 0, 0 變 1，即三極管導通、截止時的電流變化 。另一類電容值較小的電容如, 的稱為去 耦 電容，去掉單片機運行產(chǎn)生的高頻躁聲。 (2)時鐘電路。主要由石英晶體振蕩器和一些電容、電阻組成，雖然單片機可以由集成到單片機內(nèi)部的 RC 振蕩器產(chǎn)生單片機工作需要的時鐘，但這種簡單的時鐘電路頻率的穩(wěn)定性得不到保 證 ，不如使用外部晶振來得穩(wěn)定 。速度很快的單片機往往使用片內(nèi)集成的壓控振蕩器 (VC0)產(chǎn)生的高頻振蕩作為系統(tǒng)時鐘，但VCO 也需要外部晶振提供穩(wěn)定的頻率來鎖定起振蕩頻率。其外部晶振電路有兩種接線方式，一種是串聯(lián)振蕩電路，另一種是并聯(lián)振蕩電路 。在智能模型車控制系統(tǒng)的主板設計中，采用并聯(lián)振蕩電路。 (3)復位電路。雖然單片機片內(nèi)集成有上電復位電路，單片機上電時可自動產(chǎn)生復位信號，但加上一個手動復位按鈕會給調(diào)試帶來方便。外部復位電路可以使用簡單的按鈕加阻容電路，也可以加專門的復位芯片。在模型車控制系統(tǒng)主板設計中，采取按鈕加阻容電路。 (4)BDM 接口電路。當單片機進入 BDM 模式之后，上位機可以通過 BDM 接口向單片機下載程序，進行在線調(diào)試， BDM 方式是單片機開發(fā)的最根本的調(diào)試方式。 完成這 4 部分電路，就可以對單片機進行開發(fā)，可以向單片機下載程 序、調(diào)試程序等，可以在此基礎之上進行進一步的開發(fā)。 道路識別及記憶模塊 路徑識別模塊是智能模型車系統(tǒng)的關鍵模塊之一，其設計的好壞直接影響到模型車控制系統(tǒng)的性能。 而目前能夠用于智能車輛路徑識別的傳感器主要有光電傳感器 [4]和 CCD/CMOS 傳感器。光電傳感器尋跡方案的優(yōu)點是電路簡單、信號處理速度快，但是其前瞻距離有限； CCD 攝像頭尋跡方案的優(yōu)點則是可以更遠更早地感知賽道的變化，但是信號處理卻比較復雜，如何對攝像頭記錄的圖像進行處理和識別，加快處理速度是攝像頭方案的難點之一。在比較了兩種傳感器優(yōu)劣之后， 考慮到 CCD 傳感器圖像處理的困難后，決定選用應用廣泛的光電傳感器，相信通過選用大前瞻的光電傳感器，加之精簡的程序控制和較快的信息處理速度，光電傳感器還是可以極好的控制效果的。 本文采用的是反射式紅外光電傳感器作為路徑識別的傳感器，采用雙排傳感xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １３ 器的策略，第一排傳感器專門用于識別路徑以及記憶路徑的各種特征點，第二排傳感器專門用于識別起始位置與十字交叉路口，由于不同傳感器的功能不一樣，因此他們的布置和安裝位置也是不同。 傳感器的設計 主要包括以下幾個部分 :傳感器布局、傳感器間隔距離、徑向探出距離 ，信號的采集 [5]。 傳感器的布局 “一”字型布局 “一”字型布局是傳感器最常用的布局形式，即各個傳感器都在一條直線上，從而保證縱向的一致性，使其控制策略主要集中在橫向上。如圖 所示。 圖 傳感器“一”字型布局示意圖 2. 傳感器 “ V”字型布局 “ V”字型布局，從橫向來看與一字型類似，但它增加了縱向的特性，從而具有了一定的前瞻性。將中間兩傳感器進行前置的主要目的在于能夠早一步了解到車前方是否為直道，從而更利于車速控制。如圖 所示。 圖 傳感器“ V”字型布局示意圖 3. 傳感器 “ W” 字型布局 對于模型車能否順利跑完全程，最重要的一點是過彎道，特別是通過比較急的彎道的能力。因此為了能夠更早地預測到彎道的出現(xiàn)，還可以將左右兩端的傳感器進行適當前置，從而形成 “ W”型布局。如圖 所示。 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １４ 圖 傳感器“ W”字型布局示意圖 傳感器間隔距離 由于光電傳感器檢測到的都是離散點的信號，信號越多，所采集到 的道路信息也越精確，舵機的控制精度也越高 。 設定引導線 (黑線 )的線寬為 25mm，模型車寬度不超過 25cm。 為了獲得更多的道路信息，在設計中間距采用了 25mm，在橫向成“一字型”布置 11 個傳感器。如果間距過大，可能在傳感器之間出現(xiàn)空白，導致檢測精度不夠，間距過小，會出現(xiàn)傳感器之間的干涉，可能導致不能準確的反映道路信息，引起模型車在運行過程中出現(xiàn)晃動。 徑向探出距離 徑向探出距離是指光電傳感器離車頭的徑向距離。它主要影響智能模型車的預測性能。由于舵機的延時性，如果模型車前瞻性越好，系統(tǒng)就可以盡早做出調(diào)整，從而使得模型車以最優(yōu)控制策略通過給定通道，從而提高整個系統(tǒng)的性能。如果探出距離過長會導致整個系統(tǒng)的重心前移，使得模型車驅(qū)動輪的附著力不夠而出現(xiàn)打滑或行使不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了增強模型車的前瞻性，本文采用了帶傾角的傳感器安裝方式。 信號的采集 紅外傳感器尋跡方式的采集方式有兩種，一種是數(shù)字采集方式，另一種是模擬采集方式。所謂數(shù)字采集方式就是紅外傳感器把采集的電壓信號經(jīng)過比較器后再傳送給 MCU 的 I/O 口，所謂模擬采集方式是指紅外傳感器把采集的電壓信號經(jīng)濾波電路后直接傳輸 MCU 的 A/D 口，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后再由 CPU 處理。 數(shù)字采集方式優(yōu)點是實時性好，信號處理速度快，但是因為這種采集方式只能識別幾個點的狀態(tài)，所以它的分辨率低，分辨率 為 2n1（ 其中， n 為傳感器的個 數(shù) )，線性度差，無法進行十分精確的控制。 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １５ 所以要進行精確的控制，一般都選擇模擬采集方式，當然這種方法也有它的缺點，比如 :數(shù)據(jù)采集周期長，易受外界干擾。這些不利因素可以通過硬件和軟件有效的改進，能夠達到削弱或者避免的目的。本文在設計中采用模擬采集方式。下面就重點介紹這種方式的硬件電路設計。 為了提高紅外發(fā)送管的功率，使它能夠發(fā)送 更強的紅外光線，從而探測到更遠距離的路徑信息，在發(fā)送電路中加了達林頓管放大電路驅(qū)動電流，持續(xù)強大的電流又容易燒壞發(fā)光管，所以，在電路中通過單片機的 I/O 口來控制它的通斷時間，當單片機需要檢測它的數(shù)據(jù)時，打開它，其它的時候則關閉它。在接收端的電路則需要先經(jīng)過高通濾波電路，再送到單片機處理。 在紅外接收電路中，為便于單片機處理，需要將傳感器輸出電流信號提取出來轉(zhuǎn)化為電壓信號，可以采用采樣電阻或電流一電壓放大器兩種方案。由于本設計對精度要求不是很高，采用了采樣電阻提取電壓的方案。 后輪電機驅(qū)動模塊 電機介紹 智能模型車前進的動力是通過直流電機來驅(qū) 動的，直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機， 它 一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能較高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性。智能模型車的驅(qū)動直流電動機的型號為 RS380SH,輸出功率 。 表 31 RS380SH 的特性數(shù)據(jù) 電壓（ V） 空載 最高效率 堵轉(zhuǎn) 工作范圍 正常 速度 電流 速度 電流 扭矩 輸出 扭矩 電流 r/min A r/min A W A 3～9 16200 14060 111 16 839 xxxx 本科畢業(yè)設計（論文） １６ 電機控制 采用專用集成電路芯片可以很方便地組成單片機控制的小功率直流伺服系統(tǒng)。本文選用的驅(qū)動芯片是飛思卡爾半導體公司的 H 橋式驅(qū)動器 MC338869，MC33886 的工作電壓為 540V，導通電阻為 120 毫歐姆，輸入信號可以是 TTL 或CMOS, PWM 頻率通常小于 10KHz，并且具有短路保護、欠壓保護、過溫保護等功能。從芯片的內(nèi)部封裝可以看出， MC33886 實質(zhì)是全橋電路，可做兩個半橋電路使用。芯片通過 PWM 信號開啟關閉通道，輸出不同電壓控制電機。 在實際應用過程中，我們可能會遇到彎道，為了能使模型車在過彎道的時候能夠快速地把速度減下來，電機驅(qū)動部分使用了由兩塊 MC33886 組成的全橋式驅(qū)動電路，可以控制電機的反轉(zhuǎn)以達到制動的目的。單片 MC33886 也可能組成橋式驅(qū)動電路。由于 RS380SH 電機的工作電流很大，經(jīng)過測量，單片 MC33886 驅(qū)動RS380SH 電機時空載時的壓降也有 之高。因此把單片 MC33886 的兩路驅(qū)動輸出端并聯(lián)起來，用兩塊 MC33886 組成一個全橋式的驅(qū)動電路。該