基于MC9S12XSl28微控制器的智能車(chē)硬件設(shè)計(jì)

摘要：以“飛思卡爾”杯智能車(chē)大賽為研究背景，采用MC9S12XSl28作為核心處理器，通過(guò)對(duì)比各個(gè)模塊不同設(shè)計(jì)方案的性能，完成智能車(chē)電源、驅(qū)動(dòng)、圖像采集、測(cè)速等模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)調(diào)試完成了智能車(chē)的組裝與機(jī)械部分調(diào)整，使得智能車(chē)結(jié)構(gòu)更為合理。實(shí)驗(yàn)及實(shí)際比賽表現(xiàn)表明，該智能車(chē)硬件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能良好。
關(guān)鍵詞：電源設(shè)計(jì)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；圖像采集；二值化電路；MC9S12XSl28

隨著汽車(chē)電子業(yè)的迅猛發(fā)展，智能車(chē)作為電子計(jì)算機(jī)等最新科技成果與現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，因其具有的智能特點(diǎn)而成為研究重點(diǎn)。“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)比賽在此背景下產(chǎn)生，競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定。賽車(chē)在設(shè)定的賽道上能夠自主行駛，并以最短的時(shí)間跑完全程者獲勝。因此，智能車(chē)硬件不斷創(chuàng)新以適應(yīng)小車(chē)的速度要求。本文以MC9S12XSl28為核心處理器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較智能車(chē)各個(gè)模塊電路設(shè)計(jì)方案，從而設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定的硬件電路，經(jīng)大賽實(shí)際檢驗(yàn)性能良好穩(wěn)定。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
1．1 智能車(chē)功能設(shè)計(jì)
根據(jù)大賽規(guī)則，智能車(chē)應(yīng)具有路徑識(shí)別、方向控制、速度控制、狀態(tài)檢測(cè)等功能，設(shè)計(jì)采用大賽指定的飛思卡爾16位微控制器MC9S12X-Sl28單片機(jī)作為核心控制單元，利用CCD攝像頭作為識(shí)別路徑的傳感器，經(jīng)MC9S12XSl28 MCU的I／O端口處理，控制賽車(chē)的運(yùn)動(dòng)決策，同時(shí)內(nèi)部ECT模塊發(fā)出PWM波，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及舵機(jī)對(duì)智能車(chē)進(jìn)行速度控制和轉(zhuǎn)向控制，為了精確控制賽車(chē)的速度，在智能車(chē)后軸上安裝光電編碼器，采集車(chē)輪轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)，經(jīng)MCU捕獲后進(jìn)行PID自動(dòng)控制，完成智能車(chē)速度的閉環(huán)控制。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的原則：重心盡可能低、體積盡可能小、驅(qū)動(dòng)盡可能大、結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單。
1．2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
智能車(chē)的硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只有在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)可行、穩(wěn)定、可靠的前提下，其他控制方案才能得以繼續(xù)。系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)(主控)、CCD攝像頭(圖像采集)、旋轉(zhuǎn)編碼器(速度檢測(cè))、SD卡(大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ))、無(wú)線(xiàn)抄表(數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)收發(fā))、直流電機(jī)(速度控制)、舵機(jī)(方向控制)、電源(5 V／6 V／7 V／3．3V／9 V／12 V)、車(chē)模、驅(qū)動(dòng)器MC33886、MOSFET管等組成。圖1為其整體結(jié)構(gòu)框圖。