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

通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較這兩個(gè)方案設(shè)計(jì)的電路加速、制動(dòng)、頻繁啟制動(dòng)能力，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電路各有其特點(diǎn)。MC33886級(jí)聯(lián)組成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電流上升快，適合起制動(dòng)，但能耗大且穩(wěn)定電流??；而MOSFET管啟制動(dòng)較慢，但驅(qū)動(dòng)電流大，適合直道行駛，功耗小?？紤]到能耗問(wèn)題，實(shí)際小車(chē)設(shè)計(jì)中采用MOSFET管驅(qū)動(dòng)方法。
舵機(jī)用來(lái)控制前輪的轉(zhuǎn)向，配合后輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使車(chē)體能夠自由行駛。在智能車(chē)上，舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角通過(guò)連桿傳動(dòng)控制前輪轉(zhuǎn)向。舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角介于-45°～+45°之間，在使用前需先測(cè)出各個(gè)角度所對(duì)應(yīng)的PWM波的占空比。
2．3 測(cè)速模塊設(shè)計(jì)
作為實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車(chē)閉環(huán)控制的光電一個(gè)重要環(huán)節(jié)，測(cè)速功能不可缺少。常用的測(cè)速方法有光電管測(cè)速法和光電編碼器測(cè)速法。
實(shí)踐證明，光電管檢測(cè)方法成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)。但精度較低，可靠性較差，容易受環(huán)境光影響，當(dāng)車(chē)速達(dá)到3 m／s時(shí)，檢測(cè)會(huì)發(fā)生問(wèn)題。采用光電編碼器成本雖然較高，但精度高，穩(wěn)定性好。因此綜合考慮，采用光電編碼器檢測(cè)電機(jī)速度。
采用OMRON公司生產(chǎn)的E6A2-CSl00型光電編碼器。它由5～12V的直流供電，速度傳感器通過(guò)后輪軸上的齒輪與電機(jī)相連，車(chē)輪每轉(zhuǎn)1圈，速度傳感器轉(zhuǎn)過(guò)2．75圈。
2．4 圖像采集及處理模塊設(shè)計(jì)
針對(duì)智能車(chē)比賽的實(shí)際環(huán)境狀況，常用的圖像數(shù)據(jù)采集方法有：A／D轉(zhuǎn)換采集方法和比較器的硬件二值化方法。
MC9S12XSl28單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間在不超頻的情況下最短為7μs，若選用分辨率為320線的攝像頭，則單行視頻信號(hào)持續(xù)的時(shí)間約20 ms／320=62．5μs，A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)單行視頻信號(hào)采樣的點(diǎn)數(shù)將不超過(guò)(62．5／7)+1=9個(gè)。若使用分辨率為640線的攝像頭，則單行視頻信號(hào)持續(xù)的時(shí)間約20 ms／640=31 μs，A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)單行視頻信號(hào)采樣的點(diǎn)數(shù)將不超過(guò)(3l／7)+l=5個(gè)。可見(jiàn)，分辨率越高，單行視頻信號(hào)持續(xù)的時(shí)間就越短，A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)單行視頻信號(hào)所能采樣的點(diǎn)數(shù)就越少。如前所述，攝像頭的分辨率越高，雖然可提高縱向分辨能力，但會(huì)減少單片機(jī)A／D采樣單行信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，削弱橫向分辨率。
攝像頭的分辨率通常在300線以上，所以單行視頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間最多20 ms／300=66μs，則A／D采樣每行視頻信號(hào)的點(diǎn)數(shù)最多(66／7)+1=10個(gè)(不超頻)，這不滿足賽車(chē)定位要求。所以采用A／D采集圖像時(shí)，攝像頭分辨率不應(yīng)太高。為保證采集圖像點(diǎn)的準(zhǔn)確性同時(shí)為圖像處理留出更多時(shí)間，這里采用比較器實(shí)現(xiàn)二值化來(lái)代替A／D采樣方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

3 結(jié)論
圍繞MC9S12XSl28單片機(jī)完成全國(guó)智能車(chē)大賽小車(chē)的硬件電路設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較各個(gè)模塊電路的特點(diǎn)，選擇性能較好的方案。通過(guò)硬件二值化電路完成對(duì)CCD攝像頭圖像采集與二值化的處理，節(jié)約了微處理的時(shí)間。通過(guò)比較常用的兩種驅(qū)動(dòng)電路的性能，選擇出適合智能車(chē)競(jìng)賽的電路。實(shí)驗(yàn)表明整個(gè)小車(chē)驅(qū)動(dòng)性能良好，圖像采集快速，行駛穩(wěn)定。該智能車(chē)在智能車(chē)大賽中表現(xiàn)良好。