【正文】 ader 21uFC5Cap21uFC4Cap2圖 43 LM7806電路圖 3） 。主要是為舵機(jī)提供工作電壓，實(shí)際工作時(shí)，舵機(jī)所需要的工作電流一般在幾十毫安左右，電壓無需時(shí)十分穩(wěn)定。 本次低壓降采用型號為LM7805 的穩(wěn)壓芯片， LM7805 具有大電流、低功耗、電路簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)。電源模塊整體供電的可框圖如圖 41 圖 41 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 下面將對幾種主要供電電壓電路進(jìn)行設(shè)計(jì) 1） 5V 電壓。 本次設(shè)計(jì)的全部硬件電路的電源由 、 2A/h的可充電鎳鎘蓄電池提供。設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪音、防止干擾和電路簡單等方面進(jìn)行優(yōu)化。 調(diào)試用的 LED 燈和單片機(jī)的 PORTB 口相連，供程序調(diào)試使用。 供電電路主要是給單片機(jī)提供 +5V 的電源。 時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供一個外接的 16HZ 的石英晶振。 MC9S12XS128 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本節(jié)將介紹以 MC9S12XS128 芯片為核心的最小系統(tǒng)的組成，如圖 31 所示。近年來 ，單片機(jī)結(jié)合專用集成電路（ Application Specific Integrated Circuit， ASIC）和精簡指令計(jì)算機(jī)（ Reduce Instruction Set Computer， RISC）技術(shù)，發(fā)展嵌入式處理器（ Embedded Processor）， 適用于數(shù)據(jù)與數(shù)值分析，信號處理、智能機(jī)器及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。下面將對單片機(jī)和以 MC9S12XS128 芯片為核心的最小系統(tǒng)做一下闡述。 (下面第 7章對 PID算法進(jìn)行詳細(xì)介紹 ) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3章 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) —— 微控制器即單片機(jī)，單片機(jī)是系統(tǒng)電路的核心組件。高效的加速算法使小車能在直道上高速行駛，而快速減速則保證了小車運(yùn)行的穩(wěn)定，流暢。因此選用的是 PID算法來對舵機(jī)進(jìn)行控制。不過， P， I， D三個參數(shù)的設(shè)定較難，需要不斷進(jìn)行調(diào)試，憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定，因此其適應(yīng)性較差。在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器的個數(shù)與布 局方式的限制，其控制量的輸出是一個離散值，不能對舵機(jī)進(jìn)行精確的控制，容易引起舵機(jī)左右搖擺，造成小車行駛過程中的振蕩，而且其收斂速度也有限。在舵機(jī)的控制方案中，有以下兩種方案可供選擇： 方案一：比例控制 這種控制方法就是在檢測到車體偏離的信息時(shí)給小車一個預(yù)置的反向偏移量，讓其回到賽道。 單片機(jī)初始化 光電信號的采集 光電信號的處理 霍爾輪速傳感器信號輸入 控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向 控制驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速 安放：基于光電傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 控制算法設(shè)計(jì)方案 在小車的運(yùn)行中，主要有方向和速度的控制，即舵機(jī)和電機(jī)的控制，這兩個控制是系統(tǒng)軟件的核心操作，對小車的性能有著決定性的作用。 3. 光電 信號的處理：將采集到的電壓信號存儲在單片機(jī)中，通過對光電信號的分析和判斷來識別路徑，判斷黑線中間位置，判斷道路是直線還是曲線，以及通過計(jì)算判斷出曲線的斜率，從而進(jìn)一步的控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角和驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些模塊將會在下面的章節(jié)中詳細(xì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)說明和闡述。賽車硬件電路作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其一系列控制功能的基礎(chǔ) ，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到最終系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定的運(yùn)行。它包括兩個 8 路 10 位精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊 (CAN)，增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器并支持背景調(diào)試模式。 (5)條件碼寄存器 CCR。 (4)程序計(jì)數(shù)器 PC是 16位寄存器。可分別用于源地址，目的地址的指針型變量運(yùn)算。 信息處理控制算法 舵機(jī)和后輪電動驅(qū)動 智能車 車體運(yùn)行具體參數(shù) 賽道 路徑檢測識別 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 它的寄存器組包括如下 5個部分 : (l)8位累加器 A， B或 16位的累加器 D。它具有很強(qiáng)的高級語言支持功能。尋址方式有 16種。 S12 系列單片機(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、寄存器組。如何開發(fā)這款單片機(jī)，如何為單 片機(jī)多個模塊寫入底層的驅(qū)動程序和編寫優(yōu)良的上層控制算法是這一模塊的核心。 下頁圖 21所示即為智能車系統(tǒng)信息的控制流程： 安放：基于光電傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 圖 21 系統(tǒng)信息的控制流程圖 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 模型車硬件整體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中的核心單片機(jī)將采用 MC9S12XS128 型號的單片機(jī)。 在硬件電路的基礎(chǔ)上，可以利用道路檢測信息和車模運(yùn)行參數(shù)信息，通過編寫信息處理和控制軟件，實(shí)現(xiàn)對于模型車轉(zhuǎn)向舵機(jī)以及驅(qū)動電機(jī)的控制，使其能夠沿著賽道高速穩(wěn)定的 運(yùn)行。對模型車上的舵機(jī)和后輪電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，控制賽車的方向和速度。 （ 2） 電源電路：為各個電路模塊提供電源。故而，自動控制器設(shè)計(jì)可以分為硬件電路設(shè)計(jì)和控制軟件兩部分。它可分為傳感器、信息處理、控制算法和執(zhí)行機(jī)構(gòu)四個部分組成。在嚴(yán)格遵守規(guī)則中對于電路限制條件，保證智能車可靠運(yùn)行前提下，電路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡潔緊湊，以減輕系統(tǒng)負(fù)載，提高智能 車的靈活性，同時(shí)應(yīng)堅(jiān)持充分發(fā)揮創(chuàng)新原則，以簡潔但功能完美為出發(fā)點(diǎn)，并以穩(wěn)定性為首要前提，實(shí)現(xiàn)智能車快速運(yùn)行。很明顯，要設(shè)計(jì)的小車是要能沿黑線的正常行駛，并在此基礎(chǔ)上，盡量提高小車行駛速度。跑道為黑白兩色。總之，智能車研究發(fā)展的前景是廣闊的，同樣又充滿著挑戰(zhàn)的 。所以我們能夠看到智能車研究將會有一個很廣闊的前景和發(fā)展，各項(xiàng)新的技術(shù)也會不斷地被應(yīng)用于智能車的研究之中，而智能車的研究將會給未來的汽車帶來非常大的變化，服務(wù)于人類。汽車智能化技術(shù)使汽車的操縱越來越簡單 ,動力性和經(jīng)濟(jì)性越來越高，行駛安全性越來越好，這是未來汽車發(fā)展的趨勢。本課題的綜合性很強(qiáng)，是以迅猛發(fā)展的汽車電子為背 景，涵蓋了控制、模式識別、傳感、電子、電氣、計(jì)算機(jī)和機(jī)械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，這對進(jìn)一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)本科生獲取知識、應(yīng)用知識的能力及創(chuàng)新意識等具有重要意義。 安放：基于光電傳感器的自動循跡智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 本課題利用傳感器識別路徑，將賽道信息進(jìn)行存儲，利用單片機(jī)控制智能車行進(jìn)。其中“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能汽車比賽影響頗大，它是教育部高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦，飛思卡爾半導(dǎo)體公司協(xié)辦， 被教育部批準(zhǔn)列入國家教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程資助項(xiàng)目中 9 個科技人文競賽之一； 比賽涉及控制、模式識別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科，對學(xué)生的知識融合和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)，對高等學(xué)校汽車電子及控制學(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的推動作用。因此，研究智能車的實(shí)際意義和取得的價(jià)值都非常重大。各國科學(xué)家和汽車工作人員以及汽車愛好者都在致力于智能車的研究，研究的成果有很多都已應(yīng)用于人們的日常生活生產(chǎn)之中， 例如在 2021年 1 月 , 美國發(fā)射的 “勇氣 ”號和 “機(jī)遇 ”號火星探測器 , 實(shí)質(zhì)上都是裝備先進(jìn)的智能車輛。智能車的研究將會給汽車這個產(chǎn)生了一百多年的交通工具帶來巨大的科技變革。石 油等不可再生能源的大量消耗和枯竭，交通的擁堵不堪，交通事故的接連不斷等這些問題都擺在我們的面前而有待解決。同時(shí)，人們也正考慮這在各種方面包括硬件和軟件的綜合技術(shù)開發(fā)和研究探索，智能車的技術(shù)將會趨于成熟并得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)控制方法多建立在精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，而自動引導(dǎo)車系統(tǒng)具有復(fù)雜的動力學(xué)模型，是一個非線性、時(shí)延系統(tǒng)，由于各種不確定因素的存在，精確的數(shù)學(xué)模型難以獲 得，只能采用理想化模型來近似，所得到控制律較為繁瑣，給實(shí)際應(yīng)用造成不便。路徑跟蹤問題的研究正吸引著國內(nèi)外計(jì)算機(jī)視覺、車輛工程與控制領(lǐng)域?qū)W者們越來越多的注意，得出了很多有意義的成果。除了特殊潛在的軍用價(jià)值外，還因其在公路交通運(yùn)輸中的應(yīng)用前景受到很多國家的普遍關(guān)注。 PID；安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT ........................................................................................................................ II 插圖清單 .............................................................................................................................. I 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及研究意義（價(jià)值） ............................................. 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ..................................................... 2 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ................................................................................... 3 整體設(shè)計(jì)方案概述 ........................................................................................... 3 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ................................................................................. 4 模型車硬件整體方案設(shè)計(jì) ...................................................................... 4 系統(tǒng)軟件模塊分析 ................................................................................. 7 控制算法設(shè)計(jì)方案 ................................................................................. 8 第 3 章 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 ....................................................................................... 9 單片機(jī)以及最小系統(tǒng)簡介 ............................................................................... 9 MC9S12XS128 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................... 9 第 4 章 電源管理模塊 ................................................................................................. 11 第 5 章 路徑識別模塊和測速檢測模塊 ..................................................................... 13 路徑識別模塊 ................................................................................................. 13 光電傳感器 ........................................