基于MC9S12XS128智能电磁寻迹车的研究与设计

林田卓

摘 要：智能电磁寻迹车是集MC9S12XS128、轨迹检测模块、电机驱动模块、供电模块等于一身的磁导航车。通有20kHz、100mA电的导线作为运行轨迹，运用工字型电感、干簧管等进行信息检测实现自动运行。软件部分包含：主函数、初始化、中断模块、数据采集和处理模块等。通过对系统的调试，可以在设定的轨迹上快速稳定运行，达到了预期效果。

关键词：MC9S12XS128；寻迹；检测系统

材料供给和成品配送贯穿于企业生产，运输效率直接影响企业效益，因此选择现代、高效、无污染的方式成为新趋势。本次设计在现有条件基础铺设带电运行轨迹，运用电感线圈、干簧管等进行轨迹识别，将数据传送到MC9S12XS128进行处理实现从初始位置沿轨迹运行到结束位置后停车。

1 基本结构

本文介绍的寻迹车由MC9S12XS128、MC33886、检测电路、舵机、电机和电源等组成[1]。检测电路的线圈采用工字型10mH电感，电路包括选频、放大、检波等；由稳压模块产生5V和6V电用于主芯片、检测电路、舵机等供电；运动机构采用橡胶轮式，MC33886输出信号用于控制电机和舵机实现转向和速度控制。

2 检测电路

检测电路包括选频、放大、检波等。由给定电流产生频率为20kHz磁场，由谐振电路计算出电路的电容和电感值。68nF电容用来选频，采集电压信号用三级管进行放大，倍数可调整R2来进行提高[2]。检波电路将检测的信号给MC9S12XS128处理。

3 MC9S12XS128控制器和MC33886芯片

MC9S12XS128控制器有丰富的接口，接口具有通用I/O和特殊接口功能。MC9SXS128控制器的中断向量由中断地址和中断号实现，因中断号方式简洁，故采取中断号进入中断[2]。本设计采用H口中断和外部中断（IRQ），I/O用到了8个，其中PORTA作为输入口采集检测模块信号，PORTB口作为输出口与LED灯相连显示位置和运动信息。MC33886通过主芯片的PWM口输出控制，将其输出信号给电机和舵机控制运行状态，2片MC33886并联减小发热，同时加装散热片，当输入信号超出其内部频率启动自我保护停止工作。

4 軟件设计

为了体现程序的系统性和连贯性将程序按系统模块分别处理，各模块通过数据接口相互调用。系统软件分为：初始化、数据处理、速度控制和轨迹识别等，为了便于调试设计了串口和定时等调试函数[3]。系统上电初始化进行相应设置，检测电路采集数据经处理得出轨迹信息，综合当前信息和速度作出处理，控制舵机和电机运行状态。程序包括主函数、变量初始化、AD和PWM初始化、AD中断等。

5 轨迹识别与控制

工字型电感采集信号是连续的，当其位于导线正上方时磁通变化率最快，检测电压最大，左右梯度减小，据此可知导线位置，确定运动轨迹。启动位置由六个直径10mm、高2mm的永磁铁一字排开，用干簧管来检测，当第一次检测到该位置延时50ms，第二次检测到停车。数据采集与处理由AD模块进行，初始化并设置连续转换方式后每个传感器对应一个转换通道，每个通道转换完后结果放入寄存器，一个序列完成后产生中断，在中断程序里将结果与阈值比较得出传感器状态值，由此可知车位置信息。由传感器状态值可知车与轨迹中心相对位置，当第四个传感器在导线正上方时检测结果为0001000，车位于轨迹中间，默认直道给电机赋值使速度达到最大。当进入弯道时磁场发生变化，通过AD转换与数据处理得出位置信息并对占空比调整改变PWM，达到控制舵机的转角与电机的转速。在弯道时一般给小占空比减小车速。传感器布局如图3，控制策略如表1。

6 结语

本次设计的智能电磁寻迹车以MC9S12XS128为控制器，通过工字型电感和干簧管进行信息检测，合理控制舵机和电机实现自主运行。通过实验测试得出整个系统的方案是可行的，在运动过程中动作敏捷、行走平稳，系统的控制策略和软硬件合理。

参考文献：

[1]黄辉.基于电磁导航的智能车控制系统研究[D].南昌大学，2014.

[2]卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯[M].北京航空航天出版社，2007：12.

[3]林涛，马腾炜，陈亚勋，赵秀峰，马鑫.基于MCU的自动寻迹智能车控制系统的设计[J].自动化与仪表，2012，（11）：14.