基于s12两轮自平衡循迹小车设计

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1、基于S12两轮自平衡循迹小车设计【摘要】本文介绍了基于MC9S12XS128MAL的两轮自平衡循迹小车软件和硬件设计，智能小车采用MMA8451加速度传感器和ENC-03MB陀螺仪传感器检测智能小车的角度和角速度，采用TSL1401线性CCD传感器采集道路路径信息，利用左右两侧驱动电动机的差速实现智能小车的转向，同时使用两个光电编码器分别对左右两侧的电动机的转速进行实时精确测量。该两轮自平衡小车系统还可以为自动驾驶汽车的研究提供实验依据。【关键词】智能小车；两轮自平衡；PTD；循迹0引言两轮自平衡小车

2、系统目前已经应用到我们的生活中和各种行业领域中，其特点是运动灵活，体积小巧，运行稳定,它可以作为我们日常生活中的代步工具，也可以用于大型工厂的巡检等。该系统采用陀螺仪和加速度计互补来检测车子在运行中的角速度和角度变化，运用PID控制技术控制两个车轮的速度和转动方向，从而使车子保持直立平衡状态。而在车子保持平衡状态后，它的前进和后退的速度控制以及左转、右转的方向控制都是叠加在平衡控制里的。这些动作都可以视为对小车平衡控制的干扰量，该平衡系统的任务是执行这些操作动作，克服干扰保持平衡。1智能小车系统设计1

3、.1控制器模块方案控制器模块采用飞思卡尔公司的MC9S12XS128MAL单片机，该单片机I/O口资源丰富，能够产生8路8位PWM波、4路16位PWM波，足够控制两个电机使用，同时该单片机最高可以超频到80MHZ,为小车的姿态计算，路径检测以及速度和方向控制提供足够快的运行速度。本系统的核心控制板是MC9S12XS128MAL最小系统，包含有电源电路、JTAG接口电路、系统时钟电路、复位电路、串口电路和LED指示电路等组成。1.2倾角传感器模块检测车子的角速度和角度采用ENC-03MB陀螺仪和MMA8

4、451加速度计，该陀螺仪输出的是模拟量，因此需要A/D端口对其进行模数转换，陀螺仪的输出信号放大了10倍左右，并将零点偏置电压调整到工作电源的一半（1.65V）左右。放大倍数需要根据传感器选取的传感器输出灵敏度设计，可以选择5至10倍范围都可以满足车模控制需要。加速度计输出的是数字量，采用的是低g值的传感器MMA8451,它的输出信号很大，不需要再进行放大。1.3路径检测模块路径检测的传感器采用TSL1401线性CCD,用来检测白底黑线。TSL1401的线性传感器阵列由一个128x1的光电二极管阵列、

5、相关的电荷放大电路和一个内部的像素数据保持功能。光电二极管的能量冲击产生的光电流是由有源积分电路与该像素积分的集成。积分器的输出和复位是由一个128位的移位寄存器和复位逻辑控制的。积分时间计算方法如下：Tint(min)=(128-18)*时钟周期+20us,其中128是串联的像素的数量，18是所需的逻辑设置时钟，us是像素电荷转移时间。1.4驱动模块小车的两个电机的驱动采用4片BTS7960半桥驱动芯片驱动，该芯片驱动电流可达43A,同时具有过温、过流、过压、欠压保护功能。两片BTS7960可以构成

6、一个全桥驱动电路，驱动一个电机的正反转，主控芯片产生的4路PWM信号分别控制4片BTS7960驱动芯片的使能，在控制的时候要注意防止全桥驱动的两片驱动同时使能而烧坏电路。1.5速度检测模块分别在两个电机齿轮上加装两个增量式光电编码器，该编码器测速精度较高，车模在平稳运行中是处于高速运行状态的，而且编码器测得的是电机的转速，所以测速精度完全满足所需精度，即使用普通的M法测速也满足精度的要求。1.6电源模块该系统所需要的电源电压为5V电压和3.3V电压，两个直流电机需要的7.2V电压由7.2V的锂电池直接

7、供电，所以电源模块需要把7.2V的电压转换为5V的电压和3.3V的电压，因此需要的电源芯片为5V线性稳压电源芯片LM2940和3.3V稳压芯片LM1117oLM2940文波小、电路结构简单，线性度非常好，所以很适合用于对主控芯片的电源供电。LM1117是一个低压差三端可调稳压集成电路电源芯片，用于对线性CCD模块的供电非常适合。2智能小车系统软件设计软件系统可分为三个部分：直立控制、方向控制和速度控制。其中直立控制系统采用PID控制器，把三个输出的部分叠加后再输出给两个控制电机。直立控制、方向控制和速

8、度控制都是分别放在1ms中断里完成的，因为该控制芯片在1ms的时间内可以完成这些任务，所以我们把中断时间定为lmso3总结本设计以第八届飞思卡尔杯全国智能车大赛为背景，以大赛组委会指定的D型车模为平台，搭建了一个以飞思卡尔半导体公司的16位微控制器MC9S12XS128MAL为控制核心的智能车控制系统。以CodeWarrior6.0为开发环境，利用基于微机械工艺MEMS的陀螺仪和加速度计实现了两轮小车稳定地自平衡，自主地识别两侧铺有黑色线的赛道，并沿着赛