基于飞思卡尔单片机的智能车设计分析

梁峻恺

摘 要 当今的汽车产业已经面向智能化驱动的趋势发展，大量集成先进的高科技被加载于人工智能车之中，例如智能传感器、通讯传媒、计算机技术等。智能车的研发与应用领域的相异性，对智能车的使用时限、安全性能、速度性能等因素也要求各异，所有这些因素均加大了智能车的研发难度。文章基于飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为智能车控制系统的核心，对智能车的设计进行综合分析。

关键词 单片机；智能车；飞思卡尔；设计

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0021-01

全球第一辆无人智能驱动车的研发制造出现在1953年，该类型智能车借助于埋线电磁感应技术实施路径跟踪服务。当今随着传感器技术不断持续进步，更基于智能算法的持续优化，使得无人控制智能车的设计技术与水平一路走高，愈发高度的集成化技术也渐渐显现。本研究涉及的智能车，一方面将飞思卡尔单片机作为控制核心，另一方面借助车体自带摄像头与红外技术传感器共同探测路况引导线，确保车身沿预先设定的路线行进。

1 智能车的整体设计思想

该研究涉及的智能车控制核心采取的是飞思卡尔MC9S12XS128型号单片机，它隶属于十六位系统的飞思卡尔类单片机，其内部构成分为两个大类，一边是CAN功能模块，另一边为单片机基本功能模块。将飞思卡尔MC9S12XS128型单片机作为该智能车的核心控制部件与大脑，能够实施路况引导线和坡度的探测，以此为有关数据信息和管控驱动的伺服电机带来指导。细致划分，该款智能车设计总共分为五大模块，即供电模块设计、电机驱动模块设计、速度数据探测模块设计、舵机驱动转向管控模块设计和传感器探测模块设计。

2 智能车的硬件设计

1）驱动电路设计。该款智能车直流电机整体的特性将会受制于驱动电路的特性，驱动电路性能优异，该款车直流电机整体水平便可以获得充分的施展，车身整体便有了高性能的驱动体系。该款智能车后轮驱动电机采取7.2 V额定工作电压，0.5 A空载电流。当该款车后轮驱动电机加上3.3 A工作电流后，电机的转动速度便可高达1.4万转/min，因此后轮驱动电机的工作效率也取得了最优化。鉴于电机驱动模块管控电压体系，该款智能车不仅获得加速前进功能，同时也可实施制动功能。

2）电源模块电路设计。智能车的驱动力由电源模块供给，供给电路中的芯片功能的实现必须借助于稳固的电源电路。将驱动电路的电压模式规划为直流方案，再加上电压含有5 V与7.2 V的区别，该款智能车电池基本电压为7.2 V，当需要5 V电压供给时则实施电压转化。该类型芯片输入电压最大值可达26 V，工作温度低达﹣40℃，高达125℃，运行环境宽广，所输出电流值为1 A。实验电压的纹波极小，可以完成运行目标。所以，能够将其作为智能车直流电压转换芯片格式。

3）机械模块设计。借鉴灵巧规划的理念，最大可能的使车身的重心下降，除精巧规划并设计出合理有效的机械零件体型、电路板体型外，尚需细心调制车体的后倾角、内倾角与避震等模块，只有这样，整体车身才会拥有优异的转向特性。至于舵机安装领域，借助于加置舵机的转向构件，从而提高车身车轮的转向速度与性能。借助该种思想与设计，便可于极大水平上加大该款车实施转弯过程的转矩。

4）传感器模块。在速度传感器领域，早在车辆规划设计早期，基于易于调试的目的，加入了开环控制之思想确保车身行进过程中的平稳性，但却是以牺牲车辆行进速度的代价为前提，因此借助于车身上安装速度探测部件，同时引入开环控制方案，上述问题便迎刃而解。通过实际经验与文献调研分析，能够借入的测速部件可分为槽型光耦、测速电机、射光耦、测速电机等几大类。本研究采用的是槽型光耦类测速部件实施速度探测。

3 智能车的软件设计

1）主程序算法。模块化设计思想与方案总体来说是先将每个分隔的驱动程序解决实施，之后对每个部分子程序分别完成工作，总共包含许多程序没款，如速度探测功模块、模式选定模块、速度与方位控制模块、摄像头数据采集模块、路况信息数据解析模块、数据传输模块、功用指示模块等等。其中的控制算法包括光电管电路控制算法、循线模拟控制算法与PID控制算法三大类。主程序算法的实施第一步是实施各模块初始化功能，待各模块均响应后完成主控程序切入步骤，第二步是实施信息数据收集与处理工作，第三步是完成整体车身的速度与方向的调控功能，当相应功能主体收到路况起跑线两次的信号时便启动停车功能。

2）PID算法。PID算法的根本思想是反馈调节控制，借助该优异的调控算法，能够在参数多变、控制模型不可控的实施对象中获得非常满意的处置结果。在该款智能车具体借鉴PID控制算法过程中，将信息反馈数据作为单片机脉冲反馈，借鉴该车具体状况从而实施预设门限值的调控。计算所得的偏差值，必须将电机所转的齿轮数去掉期望齿轮数，再乘上相关系数，便可计算出脉冲宽度控制的占空比数据。扫描每行的周期是64 us，间隔六行进行一行图像的采集，每行里添加了PID后，PID子程序的处理时间就需要保持在5×64 us内。综合分析后，选定PID采样的周期是20 ms，进行一次PID调节就采集一次场，这样就符合了智能车控制速度的需求。

3）循迹算法。一般单片机智能车实施寻迹的内在机制可归结为：首先实施矩阵扫描，其后将矩阵行值传输至光电传感器，所输出的四个信号被存放在两个地址列中的低四位下，按高低顺序可表示为：低四位依次指代：前方、左前方、右前方、后方，掩盖掉高四位，将它们作为此次信号值。随之在逻辑上处置此次信号数据和上次解决后的信号值，将新方向作为智能车行进的方向。在引入切换与优先级次序过程中，先从内层切换到外层数据，两次判别外层输入数据，解决内层为妥善解决的像曲线断续与拐弯问题等。若该智能车前方、左前方、右前方等三个方向均未探测到路面引导线，即仅有后方传感器探测到有效信号时，能够借用引入的纠错原理，实施智能车车身先后退至前方传感器探测出前方引导信号为止的策略。

4 总结

在飞思卡尔MC9S12XS128类型单片机基础上实施的各功能模块规划设计，最大限度的使用了单片机自身资源，加深该款智能车稳固的行进导向性能，避免了人工智能车易于偏离预定轨道的问题的发生，具有重要的研究与应用价值。

参考文献

[1]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]雷贞勇，谢光骥.飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现[J].电子设计工程，2010（02）.endprint