基于hcs12的自寻迹智能小车控制系统设计

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1、自动控制机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第12期基于HCS12的自寻迹智能小车控制系统设计黄从海，陈红岩（中国计量学院机电工程学院，浙江杭州310018）摘要：本文采用飞思卡尔公司的MC9S12DG128芯片作为检测和控制的核心，设计并实现了一部能够自主识别路径的智能小车。该系统是由电源管理单元、路径识别电路、车速检测模块、舵机控制单元和直流电机驱动单元5个部分组成。试验证明系统能够很好地满足智能车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，可在专门设计的跑道上沿着轨道自主行使，并在稳定的前提下达到一定的速度。关键词：HCS

2、12；红外传感器；路径识别；PWM控制中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009－9492(2008)12－0030－031引言于黑线的位置，给出不同的PWM信号。由于舵机的转角汽车电子的蓬勃发展也带动了智能车系统迅猛发展，与PWM信号的占空比有很好的线性关系，所以舵机的控智能车系统涵盖的范围广泛包括模式识别、传感器技术、制方案可采用查表法。速度控制部分采用了增量式的PID自动化控制实现、电力电子技术、计算机技术等多个领控制算法实现。小车在前进过程中，根据不同的路况信息域。飞思卡尔智能汽车竞赛要求参赛车辆能够自主

3、识别路给出不同的速度给定值，通过PID控制器进行速度调节。线，在专门设计的跑道上通过控制小车的转角和速度，使智能车自动控制系统实现框图如图1所示。小车沿着任意给定的黑线以最快的速度跑完全程。本文介绍的智能车系统是以MC68S912DG128为控制核心，路径识别功能由红外传感器实现，车速控制由增量式PID控制实现。由电源模块、路径识别模块、直流电机驱动模块、车速检测模块组成。2系统分析及控制方案2．1智能车系统分析智能车根据传感器采集到的路况信息，控制转向执行器舵机和直流电机，相应地调整小车的行驶方向和速度，图1自动控制系统实

4、现框图最终的目的是使智能车快速稳定地沿着黑线跑完全程。小车行驶过程中会出现两种情况：一是当小车由直道3硬件设计进入弯道时，舵机和电机必须根据弯道的曲率迅速作出相系统的硬件实现包括单片机模块、电源模块、路径识应地改变，原则是弯道曲率越大则方向变化角度越大，速别模块、角度控制模块和车速控制及车速测量模块。系统度越低；另一种是当小车遇到十字交叉赛道时，应该保持实现的原理框图如图2所示。与前次正常情况下的行使方向和速度［1］。3．1电源模块因此，好的智能小车的关键是路况信息采集的实时标准车模使用7．2V1800mAhNi－cd蓄电池

5、供电。为性、转向执行机构的快速精确性和速度调节的平稳性。满足系统各个单元正常工作的需要，系统将电压值分为2．2控制方案的设计5V、6V和7．2V三个档。三个电压档的具体实现及其功能系统的控制部分可以分为转向控制部分和速度控制部如下。分。转向控制部分是通过单片机输出PWM信号到舵机进1）采用稳压芯片LT1085将电源电压稳压到5V［2］，行开环控制的。根据红外传感器的信号，判断出小车相对电路连接如图3所示，给单片机系统电路、红外传感器电收稿日期：2008－06－1330机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第12期自动控制

6、供电。3．2路径识别模块为了获得更多的赛道信息，路径识别模块使用了多个红外光电收发的方案，器件选用发射和接收一体的TCRT5000型集成红外收发管［2］。TCRT5000的发射管和接收管之间有一定的夹角，从而使其对5cm的距离有非常高的灵敏度。对于小车寻迹场地的黑白两种颜色对红外光图2系统实现框图图35V电压实现电路图46V电压实现电路路和车速检测电路供电。由于红外传感器的电流较大，八的发射率不同，发射管发出同样的光强，接收管接收到的个传感器同时使用时电流大约有0．2A，所以用两片光强不同，因此输出的电压值也不同；给定一个基

7、准电LT1085，其中一片单独对单片机供电。压，通过对不同电压输出值进行比较，则电路的输出为高2）采用稳压芯片LM1117将电源电压稳压到6V，电低电平。当检测到黑白线时分别输出高低电平，这样不仅路连接如图4所示，给转向系统的舵机供电。系统电路简单，而且信号采集速度快。其路径检测硬件电3）电源电压7．2V直接给直流电机驱动芯片MC33886路如图5所示。图5红外传感器连接电路31自动控制机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第12期安装了16个直径为4cm的磁钢片，这样车轮旋转一周就可以产生16个上升沿。其电路连接如图9

8、所示。4软件设计智能小车的软件编译平台采用CodeWarrorforHC12V4．6［3］，用C语言实现。程序的流程图如图10所示。为了达到对路况检测的实时性，实时中断图6舵机响应曲线图7舵机控制电路的周期是5ms即隔0．005秒扫描一次红外传感器的信号，而速度调节的周期则是10ms。3．