基于hcs12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现

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1、http://www.paper.edu.cn基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现杨天1.长安大学汽车学院车辆工程系，陕西省西安市710064E-mail：yangtian9527@126.com摘要：设计并实现了一种基于HCS12单片机的智能寻迹模型车系统。采用飞思卡尔公司HCS12系列16位单片机MC9SDG128作为核心控制单元，使用CCD摄像头采集路面信息。通过对检测图像的分析和计算，自动控制舵机转向，并对直流驱动电机进行PID调速控制，从而实现智能车快速稳定的寻黑线行驶。关键词：智能车；HCS12单

2、片机；路径识别；PID控制中图分类号：TP368.11．引言智能车辆是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。本文所述的智能寻迹模型车系统基于FreescaleHCS12单片机开发与实现，系统采用CCD摄像头识别道路中央黑色的引导线，自动控制小车前进和转向，从而实现快速稳定的寻线行驶。为保证智能车在行驶过程具有良好的操稳性和平顺性，控制系统对转向舵机控制和直流电机驱动控制提出了较为理想的解决方案。2.硬件系统的设计与实现智能寻迹模型

3、车（以下简称智能车）的硬件部分以Freescale公司16位单片机MC9SDG128为核心控制器，由电源管理模块、路径识别模块、转向控制模块、电机驱动模块和车速检测模块组成。智能车控制系统总体结构如图1所示：图1智能车控制系统总体结构2.1核心控制单元智能车的控制核心为MC9SDG128。其主要特点是资源丰富，功能高度集成，易于扩展，并且支持C语言编程，有利于系统开发和调试。在智能车系统设计中，单片机的I/O资源分配如下：PAD0作为CCD模拟视频信号输入端；PT0检测视频行同步信号，PS2检测视频奇偶信号；PACN0用

4、于车速反馈的输入口；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23[1]和PWM45分别用于驱动电机正反向PWM控制信号的输出。2.2电源管理模块智能车主电源由7.2V/2000mAhNi-cd充电电池提供。为避免电机和舵机等器件对系统产生干扰，各功能模块均采用单独供电。具体实现方案如图2所示：①采用低压差稳压芯片LM1084S-50将电源电压稳压至5V，供给单片机和车速检测模块，如图3。②将电源电压7.2V直接供给驱动电机；对于转向控制模块，为提高舵机的响应速度，采-1-http://www.paper.edu

5、.cn用提升舵机供电电压的方法，通过串联二极管将电源电压降至6.5V左右来给舵机供电。③采用DC-DC变换器MC34063将电源电压升压至24V用于电机驱动模块MOSFET管驱动，同时再利用LM7812将MC34063的输出电压降至12V用于CCD摄像头供电，如图4。图2电源管理分配图图35V稳压电路图424V升压电路2.3路径识别模块路径识别模块采用320线黑白CCD摄像头作为赛道黑线的检测元件。利用摄像头采集道路图像信息，然后将其送入单片机的A/D端口，由于黑色引导线和白色道路的图像灰度值存在较大差异，因此通过设置合

6、理阈值对采集图像进行二值化处理，就能够有效的分辨出黑线位置。对视频信号中行同步以及场同步脉冲的分离和提取采用了LM1881视频同步分离芯片，其应用电路如图5所示。图5LM1881视频同步分离电路图摄像头的输出视频信号分为两路：一路送入MC9SDG128单片机的AD端口PAD0进行A/D转换；另一路通过图5中引脚2送入LM1881进行视频分离；分离出的行同步信号（引脚1）接入MC9SDG128的PH0口；由于PH0口自带中断功能，因此不需要使用等待查询的方式来检测行同步信号，从而节省了CPU资源；此外，通过单片机的PS2口

7、来检测LM1881输出的奇-偶场同步信号，当该信号发生跳变时就能够准确得判断图像换场，方便图像的处理。2.4转向控制模块智能车系统采用Futuba公司的S3010型舵机完成转向控制。舵机属于位置伺服电机，如-2-http://www.paper.edu.cn[2]图6所示，正常工作状态下，其输出转角与给定的PWM脉宽成线性关系，通过改变PWM脉宽，就能够控制舵机转向。系统将MC9SDG128的两个8位PWM发生器PWM0、PWM1[3]级联成一个16位PWM输出舵机控制信号，这样做的好处是能够大幅提升舵机PWM的控制周期

8、，细化PWM控制量。级联后若以PWM控制字6000为舵机中位，则舵机在左右极限转角分别为5000和7000，可见舵机PWM的调节范围非常大，从而有效的保证了转向控制精度。同时，S3010作为一款扭力型舵机其转动扭矩可达6.5kg•cm（6V），因此可以充分利用其转矩余量来提高舵机的响应速度。如图7，在舵机转盘和转向拉