《基于MC9S12DG128微控制器智能汽车设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MC9S12DG128微控制器智能汽车设计（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技 术 报 告学 校： 华北电力大学（保定）队伍名称： 睿智参赛队员： 刘廉隅 郭丽君 汪志佳带队教师： 林永君 整理为word格式关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 整理为word格式基于MC9S12DG128微控制器智能汽车
2、设计林永君，刘廉隅，郭丽君，汪志佳（华北电力大学 自动化系，保定 071003）文 摘本设计采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128作为小车模型的核心控制单元，路面黑线检测使用反射式红外光电传感器，车速检测使用断续式光电开关，通过接收管接收光的频率时时计算小车速度，利用PWM技术动态控制舵机转角以及电动机的转速。采用PID控制思想，用单片机C语言编程，智能化控制使小车沿黑线行走。通过仿真以及实验检测，PID控制思想可以对小车进行较好的控制，使其快速、平稳的沿黑线行驶。关键词：微控制器；传感器；智能控制；汽车模型；PIDIntelligent car design based on MC
3、9S12DG128 micro controllerLin yongjun Liu lianyu Guo lijun Wang zhijia(North China Electric University Automation Department ,Baoding071003)Abstract：This design uses freescale 16-bit micro controller MC9S12DG128 to be the car models core control unit. The detecting of the black line on the roads sur
4、face use reflective infrared photoelectric sensors .The detecting of vehicles speed uses off-and-on like photoelectric switch, and calculates the cars speed ever and again by receiving light frequency with the receiving cells , and uses the PWM technology dynamic controls actuators corner as well as
5、 the rotational speed of the motor. Uses the idea of the PID control, with C programming in the single chip microcomputer, the intellectualized control causes the car to run along the black line. Through the simulation as well as the experiment examination, the PID control may carry on a better cont
6、rol to the car, and make it run along the black line fast and steadily. 整理为word格式Key word： Micro controller; Sensor; Intelligent control; Car model; PID 目 录第一章 引 言1第二章 智能汽车方案的选择与论证22.1 电动机驱动调速模块22.2 舵机驱动模块22.3 路面黑线探测模块22.4 车轮测速模块32.5 控制模块32.6 电源4小结4第三章 系统的具体设计与实现63.1 系统的硬件设计63.1.1 电动机PWM驱动模块的电路设计与实现
7、63.1.2路面黑线检测模块的电路设计与实现63.1.3 车速检测模块的设计与实现73.1.4 舵机驱动模块的设计与实现73.1.5 电源的设计与实现83.2 系统的机械设计83.2.1车模结构的改进与调整83.2.2 路况检测传感器的设计制作与安装93.2.3 测速传感器的设计制作与安装93.2.4 系统电路板的固定103.3 系统的软件设计103.3.1路面黑线检测103.3.1.1 黑线检测原理：103.3.1.2 黑线检测算法113.3.2 车速检测123.3.3 控制过程133.3.3.1 舵机控制原理133.3.3.2 电机控制原理14第四章智能汽车控制流程16第五章结 论17整理
8、为word格式参考文献附录A 程序代码整理为word格式第一章 引 言自从开始制作智能汽车以来，我们已经在系统规划论证、方案选择实施以及实验验证等方面做了大量的工作，智能汽车制作基本完成。这个技术报告对智能汽车制作的方案选择、系统的软硬件设计、控制理论论证以及整体控制流程做了比较详细的说明。本设计的特色在于将光敏三极管检测到的电压转换成连续的模拟量，在传感器数量和布局受到限制的条件下对黑线位置进行精确定位；用简单的PID控制算法有效控制小车。整理为word格式整理为word格式第二章 智能汽车方案的选择与论证图2-1系统可以划分为几个基本模块，如图2-1。对各模块的实现，分别有以下一些不同的设
9、计方案。 2.1 电动机驱动调速模块方案一：采用专用的PWM电机驱动芯片,通过PWM精确调节车速。本方案优点在于电路简单、调速精确，但芯片功率较小、不易散热、稳定性没有保障。方案二：采用达林顿管组成的PWM驱动电路,通达控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态,调整电机转速。由于管子工作在饱和状态,效率较高;并且管子本身功率较大,稳定性能也很好。基于上述理论分析，拟选择方案二。2.2 舵机驱动模块方案一：单片机PWM信号直接控制舵机。方案二：单片机PWM信号通过PWM驱动电路驱动舵机。 由于舵机自身内部带有驱动电路可采用PWM信号直接驱动舵机，但是为了防止单片机的过载、所以采用方案二。2.3
10、 路面黑线探测模块整理为word格式路面信息检测的任务就是在白色路面上检测出黑线相对于小车的位置，以确定小车的行使方向。这种检测主要是对黑白两色区分,常用的方式有两种：一种是用摄像头采集路面信息并将图像送至单片机进行分析，一种是根据黑白对光反射系数的不同,对路面进行光的发射与接收,根据接收到光的强弱来定位黑线的位置。方案一：安装CCD摄像头方式。在小车车头顶部安置摄像头，对车前方大范围的路况进行连续拍摄，将图象送至单片机进行图象识别。这种方式可以提前将路况了解得十分完整，达到预先判断的效果，如果能够实现，一定是非常有效的检测方案。但是这个方案的难点在于，现在市场上CCD原件的分辨率大多为320
11、*240，就算是只采集黑白两种颜色，每次采集的数据量大约为320*240/8=9600字节，也就是9.6K字节，对于一个只有8KRAM的16位单片机来说处理量过大，不能及时处理数据就意味着不能对小车方向做出及时有效的控制，因此这种方案无法达到比赛要求。方案二：红外光发光二级管与光敏三级管组成的发射-接收器,将光敏三级管电流变化转变成电压变化信号,再将电压变化信号变成高低电平送至单片机。由于采用了红外光管代替可见光管有效防止了外界光源的干扰,输出信号为开关量有利于单片机对信号的处理；但是每对传感器只能输出两个信息量,在传感器数量和布局受到限制的条件下很难对黑线位置进行精确定位。方案三： 红外光发
12、光二级管与光敏三级管组成的发射-接收器,将光敏三级管电流变化转变成电压变化信号,再将电压信号放大送至单片机A/D转换口。这种方式不但有方案三的优点,而且传感器输出的是连续的模拟量,在一定的范围内可根据电压与黑线位置的关系曲线定位黑线的位置,所以通过这种方式可在传感器数量和布局受到限制的条件下对黑线位置进行精确定位。通过比较，方案三易实现且能够达到较高的检测精度，这更有利于采用PID控制策略对小车进行有效控制，因此采用方案三。2.4 车轮测速模块方案一：采用霍尔集成片，此器件内部由三片金属组成，当磁铁正对金属板时，由于霍尔效果使金属板发生横向导通，因此可以在车轮上安装磁片，将霍尔集成片固定在车轮
13、旁边，通过对脉冲的计数进行车速测量。 方案二：反射式光电开关。在车轮一侧贴上黑白相间的贴片，将由红外光发光二级管与光敏三级管组成的发射-接收器对准贴片。在车轮转动时光可间断地反射到三级管上。通过对间隔周期的测量，计算出车速。整理为word格式 以上两种都是比较可行的测速方法,但是由于车模较小，方案一的磁片安装十分困难，也容易产生相互干扰，相反方案二适用于精度较高的场合，所以拟采用方案二。2.5 控制模块方案一：采用模糊控制。模糊控制不需要建立精确的数学模型，但是需要根据经验建立合适的隶属函数。它是解决不确定系统的有效途径，并且具有较强的鲁棒性。方案二：采用神经网络。神经网络控制同样不需要建立精
14、确数学模型，神经网络在控制系统中的应用主要有两个方面：一是采用神经网络作为被控系统的辨识器；另一是神经网络在控制系统直接充当控制器。这些都需要大量的试验来让神经网络在不同环境下进行学习。方案三：采用PID进行控制。这种方法建立在被控对象精确数学模型基础上的。考虑到被控对象小车的数学模型比较简单，可以用以下方程表示：舵机：电机：PID算法可以对此控制对象进行简单有效的控制。由于模糊控制、神经网络控制比较复杂，需要大量的试验，且不易编程实现。基于上述理论分析，拟选择方案三。2.6 电源电源可分为三个部分：电机电源、单片机以及光电传感器和LED电源、舵机电源。电机电源：为提高控制效率，采用直接将电池电压通过电机驱动模块加在电机上。单片机电源：为了保证提供稳定的5V电压，采用稳压器件LM2940将电池电压恒降至5V。舵机电源：由于舵机电源电压范围在4.8V至6V之间,不能直接将电池电压加在舵机上。方案一：将电池电压用稳压器件稳定到舵机电源电压范围之内,但是由于舵机内部的动力机构是直流电机,此电机工作时处于频繁的启停状态,会对稳压器件产生很大冲击,容易将稳压器件击穿。整理为word格式方案二：通过二级管降压将电池电压降至舵机电源电压范围之内，这种方法
