利用傳感器檢測智能車加速度及速度全面解析方案

1 引言

智能汽車是汽車電子、人工智能、模式識別、自動控制、計(jì)算機(jī)、機(jī)械多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的交叉綜合的體現(xiàn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。智能尋跡車是基于飛思卡爾MC9S12DGl28單片機(jī)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)采用CCD傳感器識別道路中央黑色的引導(dǎo)線，利用傳感器檢測智能車的加速度和速度，在此基礎(chǔ)上利用合理的算法控制智能車運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的尋跡行駛。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要由MC9S12DGl28控制核心、電源管理模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊、道路信息檢測模塊、速度檢測模塊和加速度檢測模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1 主控制器模塊

智能車的控制核心為MC9S12DGl28。MC9S12DGl28是飛思卡爾公司生產(chǎn)的一款16位單片機(jī)，片內(nèi)總線時(shí)鐘可達(dá)到25 MHz;片內(nèi)資源包括8 K RAM、128 K Flash、2 K EEP-ROM;SCI，SPI，PWM和串行接口模塊;脈寬調(diào)制模塊(PWM)可設(shè)置成4路8位或2路16位，邏輯時(shí)鐘選擇頻率脈寬：2個(gè)8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器并支持背景調(diào)試模式等。

2.2 電源管理模塊

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用7.2 V/1 800 mA鎳鎘電池供電，7.2 V電壓經(jīng)過BMlll7—5穩(wěn)壓后得到5 V電壓，向單片機(jī)、紅外傳感器和加速度傳感器供電。5 V電壓經(jīng)MAX8715升壓后得到12 V電壓，向CCD圖像傳感器供電：7.2 V電壓經(jīng)二極管降壓得到約6 V的電壓來驅(qū)動舵機(jī);電機(jī)驅(qū)動器MC33886則直接由電源供電。

2.3 道路信息檢測模塊

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用NEC公司的線陣CCDμPD3575D檢測賽道信息。該器件可工作在5 V驅(qū)動(脈沖)和12 V電源條件下。μPD3575D的驅(qū)動需要4路脈沖，分別為轉(zhuǎn)移柵時(shí)鐘φIO、復(fù)位時(shí)鐘φRD、采樣保持時(shí)鐘φSHO和傳輸門時(shí)鐘φTG。系統(tǒng)設(shè)計(jì)由外圍電路直接產(chǎn)生CCD驅(qū)動時(shí)鐘，采用計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器專門設(shè)計(jì)時(shí)序電路，產(chǎn)生轉(zhuǎn)移柵時(shí)鐘φIO、復(fù)位時(shí)鐘φRO、采樣保持時(shí)鐘φSHO，單片機(jī)只需產(chǎn)生一個(gè)幀同步信號(傳輸門信號φTG)與外圍時(shí)序電路保持同步即可。μPD3575D輸出的是模擬信號，將采集圖像傳輸至單片機(jī)，一般需對μPD3575D輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，考慮到設(shè)計(jì)實(shí)際上只需要區(qū)分黑色和白色，μPD3575D對這兩種輸出信號差異較大，因此，將μPD3575D輸出信號放大后直接使用一個(gè)比較器對信號二值化處理，如圖2所示。由單片機(jī)檢測二值信號的跳變時(shí)間，便可計(jì)算出黑線位置，從而進(jìn)一步縮短單片機(jī)在CCD上所消耗的時(shí)間。