基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用毕业论文

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1、 安徽建筑大学毕 业 设 计（论文）专 业： 通信工程 班 级： 09通信1班 学生姓名： xxx 学 号： 09205040106 课 题： 基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用 主控制电路设计 指导教师： 2013 年 6 月5日摘 要本文的主要内容是利用飞思卡尔公司的32位单片机MPC5604MINI，设计能在特定跑道上循迹行驶的智能小车。智能车系统以MPC5604MINI为核心，用它来进行信号采集、数据传输与运算等动作，并产生PWM波控制舵机和电机。整个系统由单片机模块、路径识别模块、速度检测模块、舵机模块、直流电机驱动模块、电源模块等组成。智能小车的硬件设计包括：双向控制的电机驱动

2、，可同时对多模块供电的电源系统，3.3V PWM波形驱动舵机电路，与上位机通信的RS232通信模块等。关键字：智能小车，MPC5604MINI，主控电路，双向控制。Abstract The main content of this paper is to use the 32-bit SCM freescale company mpc5604mini, in particular the runway design can trace the car driving on intelligence. Intelligent car system to mpc5604 as the core,

3、and use it to signal acquisition, data transmission and computing such action and create PWM wave to control the steering gear and motor. The whole system of microcomputer module, path recognition module, speed detection module, steering gear module, dc motor driver module, power supply module. Inte

4、lligent car of hardware design including: two-way control motor drive, but at the same time for more power supply module of the power supply system, 3.3 V PWM waves of steering gear drive circuit, and the upper machine RS232 communication module of communication, etc. Key word: Intelligent vehicles,

5、 MPC5604MINI, master control circult, Two-way control. 目 录1 1引言11.1选题意义11.2 国内外概况11.2.1国外概况11.2.2 国内概况21.3智能车的发展前景32 系统设计及方案论32.1 系统设计要求32.2 系统设计方案3 2.2.1 主控芯片的选定42.2.2 传感器模块52.2.3 测速传感器模块52.2.4 转向舵机模块62.2.5电机驱动模块63主控芯片中所用模块简介63.1 PWM 模块63.2 PIT模块73.3 I/O模块73.4 SCI模块74 智能车机械设计及安装74.1 舵机的安装84.2 后轮倾角的

6、调整84.3 前轮差动轮的调整94.4 速度检测模块安装94.5 传感器的安装95系统电路部分解析95.1 主控芯片电路95.2 外围电路11 5.2.1 电源管理模块11 5.2.3 速度检测电路15 5.2.4 舵机驱动电路16 5.2.5拨码开关电路17 5.2.5 RS232通信模块176软件设计18 6.1软件流程简图186.2软件流程介绍197总结208致谢21参考文献22附录:24安徽建筑大学毕业设计（论文）基于飞思卡尔单片机的智能小车设计 主控制电路设计电子与信息工程学院 通信工程 2009级1班 樊冬冬指导教师 常伟1引言1.1选题意义智能车辆( intelligent ve

7、hicles, IV)是智能交通系统( in2telligent transportation systems, ITS)的重要构成部分,其研究的主要目的在于降低日趋严重的交通事故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问题。智能车辆利用各种传感技术获取车体自身和车外环境的状态信息,经过智能算法对其进行分析、融合处理,将最终的决策结果传递给驾驶者,在危险发生之前,提醒驾驶员做出必要的回避动作,避免事故发生;在紧急状况下,驾驶者无法做出反应时,智能车辆则自主完成规避危险任务,帮助驾驶人员避免危险发生。美国开始组织实施智能车辆先导( intelligent vehicl

8、e ini2tiative, IV I) 计划 , 欧洲提出公路安全行动计划( roadsafety action p rogram, RSAP) ,日本提出超级智能车辆系统。我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。预计在2020年之前进入智能交通发展的成熟期,人、车、路之间可以形成稳定、和谐的智能型整体。1.2 国内外概况1.2.1国外概况韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会将提供一

9、个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短，而且技术报告评分较高的参赛队就是获胜者。制作智能车，需要参赛队伍学习和应用嵌入式软件开发工具软件Codewarrior和在线开发手段，自行设计和制作可以自动识别路径的方案、电机的驱动电路、模型车的车速传感电路、模型车转向伺服电机的驱动以及微控制器MC685912DP256控制软件的编程等等。随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提高，对于高校相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自主创新，得到企业的认可。这项赛事在

10、韩国的成功可以证明这一点。2000年智能车比赛首先由韩国汉阳大学承办开展起来，每年全韩国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，至今已举办5届，得到了众多高校和大学生的欢迎，也逐渐得到了企业界的极大关注。韩国现代公司自2004年开始免费捐赠了一辆轿车作为赛事的特等奖项。德国宝马公司也提供了不菲的资助，邀请3名获奖学生到德国宝马公司研究所访问，2005年SUNMOON大学的参赛者获得了这一殊荣。近年来，飞思卡尔半导体公司参与举办的智能车大赛有了进一步的发展。2008年12月13日飞思卡尔半导体在马来西亚UITM工程学院举办了首届飞思卡尔智能车大赛。共有26组，涉及约52工科学生来自10个地方大

11、学参加智能汽车竞赛。该国竞赛由马来西亚科协举办。1.2.2 国内概况受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。首届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛于2006年在清华大学成功举办。此项赛事，在韩国已举办过多届，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科，对学生的知识融合和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。在第一、二届的比赛中参赛选手必须使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，以Freescale公司生产的16位微控制器MC9S12

12、DG128作为核心控制单元。第三届则要求参赛队伍除了X系列的微处理器不用以外，其他8位和16位微控制器可由参赛对自己选择（8位的单片机最多可选两块），这无疑给大家一个更位大的选择余地，此届比赛则准许使用官方推荐的MC9S12XS128双核芯片及以往的8位极16位单核微控核心。2007年，中国大学生制作的智能车的速度已经打破了韩国智能车比赛连续七届的冠军速度。该项赛事现已在我国是成功举办五次，规模已经有刚开始的112支队伍增加到了600支队伍，竞争已经相当激烈。随着飞思卡尔智能汽车大赛的影响力加大，全国各类学校踊跃参加此项赛事，场面也越来越壮观，技术上也越来越成熟，各支队伍在技术上的创新也越来越

13、多，对全国高校学子的各项能力发展起到很大的作用。1.3智能车的发展前景智能车辆系统的进步和发展需要计算机技术、信息技术、电子技术、通信技术、控制技术、传感技术、机械制造等众多技术领域发展的推动,其发展又能够推动所涉及学科和技术的进步与发展。这是一个能够将汽车产业,交通系统与信息产业紧密结合起来的新型领域。智能车辆的研发为世界各国的高新技术产业提供了又一广阔的发展空间。欧洲、日本、美国等发达国家虽走在了前面,但目前与我国的实际差距还不是很大。因此,把握住这一机遇,有计划、有步骤地制定相应的发展策略,提供各种优惠政策来积极指引和引导其健康发展,从而在改善和发展我国交通,提高交通安全性的同时,缩小该

14、领域与发达国家之间的差距。 2 系统设计及方案论2.1 系统设计要求本课题的任务主要是采用32位单片机MPC5604MINI为核心，同时配以直流电机及其驱动装置、图像传感器道路检测装置、速度检测装置、舵机驱动装置、电源及电源管理系统等设计完成基于单片机的自动控制系统使得模型车在封闭的跑道上自主循迹运行。2.2 系统设计方案系统由摄像头模块、测速传感器模块、主控模块、转向舵机模块、电机驱动模块。框图如下所示：27 电源模块MPC5604MINI 转向舵机 图像传感器 功率器件 直流电机 测速模块 拨码开关 图2.1系统总框图2.2.1 主控芯片的选定MC9S12XS128型开发板是以Freesc

15、ale公司16位汽车级MCU芯片，MPC5604MINI型开发板是以Freescale公司32位汽车级MCU芯片，他们都是专为智能小车控制设计的，可以减小我们的开发周期，同时也可用于其他二次开发等应用场合。MPC5604MINI与S12XS128的比较： 用MPC5604MINI替代S12XS128，计算能力会有极大的提高；RAM空间有了大幅的增加，可适应复杂算法；有更多的UART、SPI、IIC通信接口，可以挂更多外设，更便于调试；PWM和脉冲计数功能比S12更强大、更方便好用；外部IO中断的使用更自由；DMA功能可以让摄像头车的设计大为改变，所以最后我们选择MPC5604MINI型开发板。

16、2.2.2 传感器模块良好的巡线方式是保证模型车稳定快速运行的基础，也是调试过程中花费时间和精力最多的一部分。按照指导老师给出的定义与要求，车模通过采集赛道上两边的黑线信息进行自动循迹，运用摄像头进行黑线信息的采集，我们有两种摄像头的选择，一种是CCD的，另一种是CMOS的，CCD的摄像头是一种采集的图像很清晰，对摄像头的稳定性要求比较高，适用于低置摄像头，CMOS的摄像头采集的图形没有CCD的清晰，但是对于摄像头放置的稳定性要求没有那么高，适用于高置摄像头，结合查找网上的资料和老师的意见，总结出各传感器的优势以及不足，最终我们选用OV7620的CMOS摄像头的图像传感器传感器。CMOS的图像

17、传感器具有前瞻的优点更有利于提前判别道路信息从而提高车速。2.2.3 测速传感器模块为了使得智能车能够平稳地沿赛道导引线运行，除了控制前轮转向舵以外，还需要比较精确地控制车速，使智能车在急转弯时不会由于速度过快而冲出跑道。根据自动控制原理可以知道闭环的系统一般比较稳定，通过一定的方法实时测量智能车的速度，从而形成闭环控制，使得智能车更加准确的运行。一般可以采用以下几种测速方法：方案一：霍尔传感器测速。在后轮的轴附近安装一个霍尔传感器，相对应的再在轴上安装多个小型永磁铁，根据霍尔传感器特点，用一个上拉电阻将其接至5V，随着后轮的转动就会形成多个脉冲信号。根据单位时间内的脉冲数量就可以测得当前车速

18、。方案二：反射式光电管测速。在后轮的轴上安装一个黑白相间的光码盘，然后通过一侧安装的反射式光电管读取光码盘转动的脉冲。方案三：投射式光电管测速。采用具有齿槽结构的圆盘固定的后轴上，采用直射式红外光传感器读取齿槽圆盘的转动脉冲。方案四：光电编码器测速。光电编码器可以为分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。增量式光电编码器可以输出正比于转速的脉冲，记录单位时间内的脉冲数就可以间接测取实时速度。鉴于光电编码器安装简单，输出信号比较规整，所以我们采用方案四。速度传感器用于感知车模本身的行驶速度，是速度闭环控制的一个必须环节。我们使用光电编码器作为速度传感器，安装在车尾与传动齿轮啮合，使用与电机齿数成

19、比例的齿轮，相当于直接测得电机的“转速”。2.2.4 转向舵机模块舵机又称伺服电机。其工作原理是：控制信号由接收机通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。舵机由脉宽调制波（PWM）控制，其旋转角度由PWM波占空比决定,其占空比在0100可调。本设计中控制信号由单片机一路16位PWM口给出。2.2.5电机驱动模块 电机的驱动可以使用专用的电机驱动芯片、达林顿管驱动、场效应管驱动。分离的达林顿管，场效应管虽然能获得大的电流和响应速度快的优点，但搭建电路较复杂且调试难度大，电机驱动芯片MC33886，内部具有过流保护电路，刹车效应好，接口简单易用，虽然能够提供比较大的驱动电流，但对于小车骤然加速时所

20、需的电流不够，发热量也比较大，经过试验我们决定使用飞思卡尔比赛使用的BTS7960。它既有MC33886的功能，且小车骤然加减速不易发热在电流上比MC33886大，给我们在提速策略上提供了方便。3主控芯片中所用模块简介程序主要用到MPC5604MINI芯片中的PWM模块，PIT模块、I/O模块以及SCI模块等模块化设计。PWM模块主要用来控制舵机和电机的运转，捕捉编码器边沿触发并计算“瞬时”速度；PIT模块主要是用在了定时读取速度和数据定时采集，I/O模块主要是用来分配给指示灯和激光管的发射和接受；SCI模块主要用在串口传送模块观测实时数据。3.1 PWM 模块PWM 调制波有3 个输出模块，

21、每一个输出模块有8个输出通道，每个输出通道都可以独立的进行输出。每一个输出模块都有一个精确的计数器（计算脉冲的个数），一个周期控制寄存器和多个可供选择的时钟源。每一个PWM 输出通道都能调制出占空比从0100%变化的波形。 每一个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出,同时他们可以配置为低保真和高保真模式方便用户编程。 3.2 PIT模块MPC5604MINI 增强型捕捉计时器模块在标准定时器的基础上增加了一些特点，用以扩展它的应用范围，基准计时器的核心仍然是一个16位的可编程计数器，其时钟源来自一个预分频器。该模块包括三个独立的定时器，可以方便用户编程同时他们的优先级可以设置。 3

22、.3 I/O模块MPC5604MINI拥有多达70个GPIO且他们都工作在总线频率下（最高50M），每个IO可独立的配置为输入输出，内部上拉和自动。利用其高的工作频率我们利用它来发射激光，在中断中实时读取IO信息（激光反射信息）并存储并用来判断赛道信息。3.4 SCI模块SCI 是一种采用NRZ 格式的异步串行通信接口，它内置独立的波特率产生电路和SCI 收发器，可以选择发送8 或9 个数据位( 其中一位可以指定为奇或偶校验位) 。SCI是全双工异步串行通信接口，主要用于MCU与其他计算机或设备之间的通信，几个独立的MCU也能通过SCI 实现串行通信，形成网络。 MPC5604MINI里有四个

23、SCI（SCI0、SCI1、SCI2、SCI3），其中有两个工作在系统时钟下其他的工作在分频后的总线频率下。4 智能车机械设计及安装任何的控制算法和软件程序都是需要一定的机械结构来执行和实现的，因此在设计整个软件架构和算法之前一定要对整个车模的机械机构有一个感性的认识，然后建立相应的数学模型。从而再针对具体的设计方案来调整赛车的机械结构。本章将主要介绍车模的机械特点和调整方案。整车的设计我们本着轻巧的原则，最大可能地降低重心且重心稍靠后。合理设计电路板的形状，机械零件的大小及形状，安排好车的整体布局，使之既美观，又简便。为增强模型车的抓地力，使模型车具有良好的转向性能，我们对前束、主销内倾角、

24、后倾角、避震等进行了精细地调整。4.1 舵机的安装舵机响应速度与力矩是整车过弯速度的一个瓶颈。为了加快车轮转向速度，我们设计并安装了舵机转向机构。在不改变舵机本身结构的条件下，将舵机竖立起来，加大两端的力臂，并使其力臂相等。通过实际测试，力臂的增长的确大大提高了模型车的转弯时的转钜；但力臂太长会出现力矩不足以克服摩擦力而无法转弯的情况。合理设计舵机力臂长度是提高舵机性能的主要方面。4.2 后轮倾角的调整调试中发现，在赛车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对后轮的安装角度，即后轮定位进行了调整。 后轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减

25、少轮胎的磨损。后轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、后轮外倾和后轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。（1）主销内倾是指主销装在后轴略向内倾斜的角度，它的作用是使后轮自动回正。角度越大后轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小后轮自动回正的作用就越弱。 （2）主销后倾是指主销装在后轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，后轮稳定性也愈好。 （3）主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行

26、驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。（4）后轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高后轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。后轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1左右。 （5）所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指后轮中心线与纵向中心线的夹角。后轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜

27、方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。 经过与赛道的磨合，本队智能车后轮角度调整为前轮外倾角为-3，其他皆为0。4.3 前轮差动轮的调整差速机构的作用是在赛车转弯的时候，降低 前轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。当车辆在正常的过弯行进中 (假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮外侧后轮内侧前轮内侧后轮。 此次所使用赛车配备的是 前轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而

28、内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响赛车的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。4.4 速度检测模块安装我们选择光电编码器作为速度传感器，安装在车尾与传动齿轮啮合，使用与电机相同齿数的齿轮，相当于直接测得电机的“转速”。4.5 传感器的安装在进行传感器安装的时候要主要考虑到两个问题，一种是传感器的安装对小车重心的影响，另一种是小车的摄像头的前瞻距离要足够大，摄像头的安装高度过高虽然会使小车的前瞻距离增加

29、但也会使整个车的重心偏高，使小车在转弯时容易发生翻转，所以经过测试后给出了摄像头一个合理的高度，满足上述两个因考虑。5系统电路部分解析 5.1 主控芯片电路我们自主设计的主控模块省去了所有不用的接口，大大减小了主控模块的面积。主控芯片是现成的MPC5604MINI系统开发板，图中MCU是电源模块提供5V电压的接口，我们在尽量少占空间的前提下引出了所有所有我们需要的接口。同时还设计两个LED指示灯，绿灯在程序初始化时可以将其点亮以检测程序是否运行正常，红灯时上电的电源指示灯，指示灯电路如图5.2。为防止系统板自带稳压芯片损坏，造成单片机数据瞬间丢失，我们也自己设计了3.3V电源模块。主控电路图5

30、.1。图5.1主控芯片电路 图5.2指示灯电路5.2 外围电路5.2.1 电源管理模块供电模块是整个电路最基本的模块也是整个电路的核心部分，具体框架如图： 7.2V 2000mA/h 5V 6V可调3.3V备用图像传感器单片机 舵机光电编码器 电机图5.3电源模块框图全部硬件电路由7.2V、2A/h的可充电镍镉电池提供。主要包括如下不同的电压： （1）5V电压，经过线性开关电源后，输出5V电压，为单片机和编码器，激光管提供电源。车模附带的直流电池正常输出电压约为7.2V-8.5V。而智能车系统中，单片机最小系统、激光传感器模块以及测速光电编码器都使用5V供电，因此需要电压转换。常用的电源有串联

31、型线性稳压电源LM2940、7805。两者都具有纹波小、电路结构简单的优点；前者价格较高但低压差性能好，后者便宜但低压差性能差且功率较小容易带载时发热，对于单片机，需要提供稳定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，为提高单片机电源的稳定性，我们将单片机电源模块与其他模块分开，单独使用一片电源芯片为其供电,LM2940供电电路如图5.4所示。经测试，我们的主控模块工作正常，电压稳定，没有出现电压不足或静电干扰而复位的情况。图5.4 LM2940供电电路（2）6V电压，为转向舵机供电。 舵机供电可以选择串联型线性稳压电源或开关型稳压电源，LM2941和LM1117，都可以从电池电压稳压

32、到6V也就是都可以用来控制舵机，但通过查阅资料得知LM1117相对稳定，且电压可调，故选择LM1117给舵机供电。LM1117是一个低压差电压调节器系列，其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1%以内。LM1117供电电路（可调）如图5.5所示：图5.5 LM1117供电电路（可调）（4）3.3V备用电压直接从电池稳压得到，减少了中间环节，在紧急情况下可对单片机供电防止数据丢失和损坏单片机。LM1117 3.3V供电电路如图5.6所示：图5.6 LM1117供电电路3）7.2V电压，这部

33、分电压直接取自电池两端，为电机驱动以提供动力，图中的LED0是电源指示灯，SW为整个系统的总开关，电源总开关电路如图5.7所示：图5.7 电源总开关电路BTS7960的内部结构如图5.9，它由一个P型通道的高电位场效应晶体管N型通道的低电位场效应晶体管结合一个驱动晶片形成一个完全整合的高电流半桥。所有三个芯片是安装在一个共同的引线框,利用芯片对芯片和芯片芯片技术。电源开关应用垂直场效应管技术来确保最佳的阻态。由于p型通道的高电位开关，需要一个电荷泵消除电磁干扰。通过驱动集成技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。B

34、TS7960可结合其他的BTS7960形成全桥和三相驱动结构。在电机驱动上我们采样上桥臂PWM下桥臂恒通的调制方式，PWM在高电平时，其中一片7960的p型通道的高电位场效应晶体管导通另一片的7960的n型通道的低电位场效应晶体管恒通，这样电流流过电机使电机电刷换向从而旋转，倒转和也是正转一样。占空比越大提供给电机的电流就越大通过调节占空比达到调节电机转速的效果。图5.8 电机驱动电路图5.9 BTS7960内部电路5.2.3 速度检测电路速度采集我们采用欧姆龙光电编码器，虽然其成本较高，但精度高，稳定性好。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，光电

35、编码器由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的预案板上等分地开通若干那个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲，脉冲直接接在单片机的输入捕捉端口，每一个上升沿发生一次中断，通过计算每10毫秒中断的个数就能反映当前电动机的转速。图5.10速度检测电路5.2.4 舵机驱动电路由于MPC5604MINIPWM输出的高电平时3.3V，无法驱动舵机所以我们用三极管做开关形成5V的脉冲驱动舵机。舵机PWM的周期是20ms频率不是很高，一般的三极管就能满足要求，这里我们选用了NPN的9013，STEER是6V（可

36、调）电压供给舵机。舵机驱动电路如图5.11：图5.11 舵机驱动电路5.2.5拨码开关电路图5.12中的SW1到SW8连接至单片机端口，当开关闭合单片机端口识别为低电平，当开关断开单片机识别为高电平。小车要想在跑道上高速稳定的运行，路况信息影响很大，所以我们通过检测拨码开关的电平状态设置8个档位，每个档位对应一段特殊的程序，这样就可以在不同的路况给出不同的策略，保证小车快速稳定地行驶。其实在这里还可以选择其它的方式，比如说按键式和触摸屏式，但是这两种方式不仅价格要高而且功耗大，为了节省外围电路功耗，提高车速，节省经济，故采用拨码开关。图5.12 拨码开关电路5.2.5 RS232通信模块 在本

37、文系统需要通过串口观测实时速度，故在本设计中采用常用的RS232通信。RS-232 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 RS-232 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。串口通信电路如下图所示，采用MAX232电平转换芯片，可以实现TTL电平到232电平的转换。通过单片机

38、的RXD、TXD引脚和MAX232的R1OUT、T1IN引脚相连，T1OUT、R1IN和DB9针串口接口相连，完成串口通信。图5.13中我们设计了两路通信线路防止其中一路损坏而无法进行调试。图5.13 RS2通信电路6软件设计 6.1软件流程简图 6.2软件流程图介绍 该系统的软件设计流程是先通过摄像头对赛道信息进行采集，把采集到的信息通过LM1881进行场分离，同时提取出信息的时钟信号，当场同步信号来到时系统进行图像行同步信号的读取，当读到行同步信号时，将要对图像信息进行逐行扫描，达到指定的行数之后就对图像进行预处理和中值滤波，这里预处理用到的是二值化处理，因为采集的图像是黑白的，只需设置一

39、个合理的阈值，把图像处理成只有黑白两种颜色，便于我们采集到赛道两边的黑线信息，然后再进行中值滤波，把信号采集中出现的椒盐噪声所引起的一些孤立黑点给去除掉，从而可以提取出一条清晰的赛道信息，把赛道信息传给主控芯片，由主控芯片产生一个PWM波，PWM波是一个占空比可调的，再由PWM波去控制转向舵机，从而控制小车的转动方向，双向电动机的转动方向的转动速度也是由PWM波控制的，最终使小车在赛道上平稳快速的行使。7总结分析整个智能车系统的总结如下： 1、PCB电路板功能化、模块化。自行设计制作的PCB电路板形状根据车模量身定做，布局走线合理，并根据功能实现了模块化分离，使电路的易用性、稳定性大幅提高，维

40、护和更换也更加容易。2、虽然我们设计的小车最终能够按我们的要求自动循迹，但我们最初的想法是让小车能够沿着赛道的中心位置行使，但在测试的时候小车总是沿着赛道的内到行使，最中发现不是小车的硬件设计问题，是控制小车行使的算法问题，经过同组同学的改正之后，小车是正常按照赛道的中心位置行使的 。我的子课题是主控制电路设计，硬件要是不可靠软件再完美也是望洋兴叹，开始一切都很顺利，在调试电机的时候只能单方向旋转通过示波器观测输出波形，发现是一片BTS的接地引脚没有焊接导致电流没有回路。设计电路时在编码器捕捉口和单片机之间加了三极管，导致信号进入端口不能产生中断，通过测试IO口和编码器输出端发现两者电平不一致

41、，最后将三极管去掉跳线两端得以解决此问题。 在未来的智能车设计中，定会出现更先进的图像传感器，也会出现更先进的技术，使智能车拥有更大的前瞻，采集到更多的赛道信息。随着信息的增加，控制算法也会越来越复杂。期待着更先进的技术出现。技术进步永无止境！8致谢 毕业设计即将结束，我们也基本完成了课题任务中的要求。我们向在毕业设计中一直关心和指导我们的夏老师表示由衷地感谢。正是夏老师的精心指导，我们才能比较顺利的完成我们的毕业设计。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的各个阶段都给予了我悉心的指导，他严谨治学的态度也使我非常敬佩。另外我要感谢我们组各位同学的积极帮助，在我的毕业设计中，他们的指导给予了我极大

42、的帮助，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大收获。他们在整个开发过程中提出了许多建设性意见，并给我解决了一些专业性问题。最后我们也向关心我们的电子与信息工程学院的领导表示感谢，感谢领导为我们在即将离校之际提供一个锻炼我们实际动手能力的毕业设计并为我们提供了良好的实验环境。面临毕业，我们将不辱使命，发挥自己所学所长，积极向上。参考文献1 卓晴,黄开胜,邵贝贝等. 学做智能车-挑战“飞思卡尔”杯M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007.3.2 薛涛,宫辉,曾鸣等. 单片机与嵌入式系统开发方法M. 北京: 清华大学出版社, 2009.10. 3

43、 孙同景,陈桂友. Freescale 9S12 十六位单片机原理及嵌入式开发技术M. 北京: 机械工业出版社, 2008.7.4 阎吉祥. 激光原理与技术M. 北京：高等教育出版社, 2006.5.5 周斌，李立国，黄开胜. 智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究. 电子产品世界，2006.5 6 陶永华，尹怡欣，葛芦生新型PID控制及其应用北京：机械工业出版社，19987 胡寿松,自动控制原理M.北京：科学出版社，20018 邵贝贝,Motorola(Freescale)16位微控制器及其嵌入式应用M.北京:清华大学出版社,20069 张幽彤，陈宝江汽车电子技术原理及应用M北京：北京理工

44、大学出版社，200610 阎吉祥,崔小虹,王茜蒨. 激光原理技术及应用M. 北京: 北京理工大学出版社，2006.8.11 MOTOROLA. B lock U ser Guide - S12ECT16B8CV1 /D V01. 03 Z .MOTOROLA, 2006.12 K10 Sub-Family Reference Manual.K10P100M100SF2RM Rev. 6, Nov 2011 13贾秀江,李颢.摄像头黑线识别算法和赛车行驶控制策略J.电子产品世界,2007, (5):146-147.14程亚龙,周怡君.基于CMOS传感器的智能车路径识别研究J.机械制造与研究,2007, 36(5):13-15.15吴红星.电机驱动与控制专用集成电路及应用M.中国电力出版社;2006 .16张淑谦,王国权.智能车黑线识别算法及控制策略研究J.电子技术,2009(03).17陈爱弟.Prote199实用培训教程M.北京; 人民邮电出版社;2000.18葛亚明,刘涛,王宗义.视频同步分离芯片LM1881及其应用J.应用科技, 2004,31(9):20-22.附录:主控制板电路：PCB版图：小车实物图：图一图二图三