基于雙核多接口的智能汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)是以第三屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽為背景，使用競(jìng)賽秘書處統(tǒng)一指定的競(jìng)賽車模套件，采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)基本構(gòu)建如圖1所示，包括傳感器信號(hào)采集處理、動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制以及控制算法軟件開發(fā)等。

　　雙核的引入

　　在智能車的設(shè)計(jì)之初，我們分析認(rèn)為，在基于光電傳感器的智能車設(shè)計(jì)系統(tǒng)中重要的是信號(hào)的完整性，即通過(guò)傳感器獲得賽道信息和車的位置信息越多越好。通過(guò)比較8位和16位單片機(jī)的接口數(shù)目與性能要求，本設(shè)計(jì)決定使用兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元。

　　雙核間通信接口SPI

　　在車輛運(yùn)行過(guò)程中，三種傳感器的信息需要由控制器來(lái)采集，分別是光電傳感器、速度傳感器、角速度傳感器。由于角速度傳感器需要有一個(gè)準(zhǔn)確的采樣周期，我們使用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)1.2ms的時(shí)間基準(zhǔn)。在這個(gè)1.2ms的周期里執(zhí)行對(duì)三種傳感器的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)定時(shí)器的溢出中斷時(shí)執(zhí)行一次SPI的數(shù)據(jù)發(fā)送程序。SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的引腳上只占用四根線，分別是mosi，miso，sck，ss。我們使用1MHz的數(shù)據(jù)傳輸速度，使用3個(gè)字節(jié)來(lái)發(fā)送傳感器的數(shù)據(jù)，兩個(gè)字節(jié)發(fā)送速度傳感器和角速度傳感器的數(shù)據(jù)。

　　控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通信接口SCI

　　車輛在行駛過(guò)程中的運(yùn)行狀況，是無(wú)法直接通過(guò)觀察來(lái)得到的，所以我們使用上位機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。使用wap200b無(wú)線串口模塊來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，模塊使用3.0V供電，內(nèi)置高速M(fèi)CU，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確率高。單片機(jī)與模塊間通訊使用標(biāo)準(zhǔn)串口，將其設(shè)置為115200波特率、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)。一次通訊共發(fā)送7個(gè)數(shù)據(jù)。首先發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)作為握手信號(hào)分別是0x00和0xFF，之后使用3個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送傳感器信息，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送角度信息，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速度信息，最后一位保留位做以后擴(kuò)展使用，發(fā)送0x00。

　　鍵盤與主控芯片的通信接口I2C

　　車輛在實(shí)際調(diào)試時(shí)有許多參數(shù)需要不停的調(diào)試，如PID參數(shù)車輛的轉(zhuǎn)角及速度等。設(shè)置不同的參數(shù)時(shí)如果每次都重新下載程序的話會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以在這里我們使用鍵盤來(lái)輸入車輛行駛時(shí)的參數(shù)。鍵盤控制芯片HD7279是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管(或64只獨(dú)立的LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。

　　我們使用單片機(jī)的4個(gè)I/O口來(lái)操作HD7279，分別為CS、CLK、DATA、KEY 。我們可以通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置一些參數(shù)，如PID的Kp、Ki、Kd參數(shù)，直線及彎道的速度等。

　　A/D模塊在采集角速度中的應(yīng)用

　　本系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換模塊主要用于采集陀螺儀的輸出值。由于模擬陀螺造價(jià)比較低，而在車?？刂葡到y(tǒng)中對(duì)角度精度的要求不是很高，所以使用模擬陀螺對(duì)車身姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。MC9S08DZ60內(nèi)部集成了12位數(shù)模轉(zhuǎn)換通道。由于模擬陀螺輸出信號(hào)范圍為0~5V，這樣單片機(jī)的參考電壓為+5V，由高精度穩(wěn)壓模塊單獨(dú)供電，確保轉(zhuǎn)換的精度。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理程序如下：