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1、-范文最新推荐-1 / 20MC9S12XS128MAA 单片机智能寻迹小车设计+PCB 电路图纸摘要：随着人类进入信息时代，计算机技术的发展，单片微机(signal micro chip)在自动控制领域中的应用越来越广，系统的智能化程度也越来越高。单片机在一些智能化自动控制系统中已经有着不可替代的位置。本论文以飞思卡尔的 MC9S12XS128MAA12单片机作为整个系统处理信息和控制命令的核心，通过数字摄像头获取赛道信，处理分析之后配合控制算法进一步控制电机、舵机，使小车能沿着赛道自动行驶。全文分为 8 个部分，将详细阐述智能寻迹小车的图像采集系统和其他配套硬件设计，以及相应的数据处理和自
2、动控制算法。6088关键字: 智能车；单片机；图像采集；数字图像处理；PID 算法The smart tracking carAbstract： With the human getting into the information ages and the developing of computer technology , the single chip have more and more used in the automatically filed.The system will also be more and more intelligent. In some field, t
3、he MCU have had the position that can’t be replaced. The smart car use the MC9S12XS128MAA12 as the core of entire system of sensing and controlling, get the information of road through the digital camera, then control the motor and servo according to the information and algorithm so that the s
4、mart car can run along the road automatically.Keywords : Smart Car; single chip; image collecting; digital image processing; PID Algorithm目录1 智能车概述 11.1 研究背景 1-范文最新推荐-3 / 201.2 研究目的和意义 11.3 国内外发展状况 22 系统方案设计 32.1 系统方案的选定 32.1.1 硬件系统方案的选定 32.1.2 软件系统方案的选定 43 智能车硬件电路设计 5 9.1 调试条件 559.2 车模调试 559.2.1 上电
5、检查 559.2.2 PWM 输出 559.2.3 编码器脉采集 569.2.4 图像采集 56总结 57致谢 58参考文献 59附录 601.智能车概述1.1 研究背景自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变-范文最新推荐-5 / 20着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人工作的机器一直是人类的梦想。其中智能小车可以作为机器人的典型代表。其需要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，使用传感器感知路线并做出判断和相
6、应的执行动作。智能小车设计与开发涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。它可以分为三大部分：传感器检测部分，执行部分，CPU 。现在智能小车发展很快，从智能玩具到各行业都有实质成果，其基本可实现循迹、避障、检测贴片，寻光入库、避崖等基本功能。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列，还能设计实现直立循迹功能的小车。智能车作为智能交通系统（ITS 是智能交通系统的英文缩写( Intelligent Transportation Systems, ITS )，作为一个新概念的提出,始于二十世纪八十年代中期美国加州的 PATH ( Program on Advanced
7、Technology for the Highway ) 及欧洲的 PROMETHEUS(Program for a European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety) 项目的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体，而汽车自主驾驶技术的研究在公路管理、交通运输等方面有着广阔的应用前景，受到广泛的重视。我国在 90 年代初已开始关注国际上ITS 的发展，并且参加了 ITS 世界会议的指导委员会和国际标准化组织的部分工作。交通部将 ITS 列入“九五”科技发展计划和 2010 年长期规划中。目
8、前，国内有较多高校和科研院所正进行 ITS 系统及关键技术、设备的研究。随着 ITS 研究在我国的兴起，我国已经形成了一支进行 ITS 技术研究开发、使用的专业技术队伍，各交通、汽车企业也越来越加大对 ITS 及智能汽车技术研发的投入，整个社会的关注程度不断增加。进入“十五 ”以后，国家将 ITS 及关键技术的研究与应用列为了重点攻关项目，相信经过相关领域的共同努力，我国的 ITS 及智能汽车技术水平一定会飞跃地发展。 -范文最新推荐-7 / 20(4)摄像头后置于电机前方，减少赛车前方盲区；2.1 系统方案的选定2.1.1 硬件系统方案的选定智能车的信号采集可有摄像头
9、、光电管、电感线圈三种传感器，摄像头以拍摄道路产生数字化的图像作为信号的采集方式。摄像头的优点是图像采集范围大，硬件电路十分简单，缺点是图像处理复杂。图 2.1 硬件系统框图本系统由核心控制器 MCU、图像采集器、测速模块、驱动模块、键盘显示模块、电源模块、通讯模块组成。硬件系统框图如图 2.1 所示。这些模块分别完成信息处理和控制、图像采集、运动检测、运动控制、人机交互等功能。2.1.2 软件系统方案的设计 车模运动控制任务可以分解成以下三个基本任务：（1） 采集道路信息：通过读取摄像头输出的数字信号获得；（2） 控制车模速度：通过控制电机转速速度实现车模行进控制；（3） 控制车模转向：通过
10、控制车模前部舵机实现车模转向控制。（4） 人机接口：通过调整控制系统各参数来优化车模的运动。根据软件设计理念，将模块按照需要进行模块化细封装，结构如图 2.1.2 所示:图 2.2 软件系统框图整个软件分成应用程序部分和驱动部分，应用程序部分根据需要完成的任务分成四个部分，独立完成各自需要的任务。驱动则根据硬件模块的划分编写对应-范文最新推荐-9 / 20的驱动程序，将一个独立功能封装成一个函数。小车的各个状态参数通过使用全局变量存储和传递，如果一个任务需要改变另外任务的运行状态，只需要改变这些全局变量。3 智能车硬件电路设计3.1 硬件电路概述摄像头智能寻迹小车的硬件电路设计，根据需求设计成
11、了有 CPU 模块、电源模块、按键模块、显示模块、摄像头模块、车速检测模块、电机驱动模块、串口通讯模块。模块化的设计时系统具有更强的生命力，可以在车模部分模块硬件升级时，避免了对其他模块的影响，也不用对整个小车整体硬件做什么修改。这样就可以在设计的过程中，针对不同模块进行再优化设计。 （2）端口 E 整合了 IRQ，XIRQ 中断输入；（3）端口 T 整合了 1 个定时模块；（4）端口 S 整合了 2 个 SCI 模块和 1 个 SPI 模块；图 3.3 最小系统板实物图（5）端口 M 整合了 1 个 MSCAN；（6）端口 P 整合了 PWM 模块，同时可用作外部中断源输入；（7）端口 H
12、和 J 为通用 I/O 接口，同时可用作外部中断源输入；（8）端口 AD 整合了 1 个 16 位通道 ATD 模块。其中，大部分 I/O 引脚可由相应的寄存器位来配置选择数据方向、驱动能力，使能上拉或下拉式装置，在硬件升级和改版的过程中就无需为 I/O 资源的紧-范文最新推荐-11 / 20缺而担心了。本设计主要涉及 PWM 模块、计时器、串口、AD 模块等模块。部分模块功能介绍如下：3.2.1PWM 模块PWM 调制波有 8 个输出通道，每一个输出通道都可以独立的进行输出。每一个输出通道都有一个精确的计数器（计算脉冲的个数） ，一个周期控制寄存器 和两个可供选择的时钟源。每一个 PWM 输
13、出通道都能调制出占空比从 0—100%变化的波形。PWM 的主要特点有：（1）它有 8 个独立的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期；（2）每一个输出通道都有一个精确的计数器；（3）每一个通道的 PWM 输出使能都可以由编程来控制；（4）PWM 输出波形的翻转控制可以通过编程来实现；（5）周期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或PWM 计数器为 0 时，改变周期和脉宽才起作用；（6）8 字节或 16 字节的通道协议； （7）有 4 个时钟源可供选择（A、SA 、B、SB ） ，他们提供了一个宽范围的时钟频率；（8）通过编程可以实现希望的时钟周期；（9）具有遇到紧急情况关闭程序的功能； -范文最新推荐-13 / 203.脉冲累加器脉冲累加器由 4 个 8 位的通道 PAC0.PAC3 组成，可以通过级联形成两个 16 位通道 PACA、PACB ，它可以统计输入引脚上出现的有效边沿的数量，也可以统计有效电平出现的累计时间。各个通道的 8 位保持寄存器是与 4 个缓冲 IC 通道相关联的，它们共享边沿检测与延迟电路。当 IC 工作在两种不同的队列方式 时，PAC 保持寄存器也处于不同的工
