基于單片機(jī)的智能尋跡車設(shè)計

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
該系統(tǒng)硬件設(shè)計主要由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，邏輯時鐘選擇頻率脈寬：2個8路10位A／D轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)型捕捉定時器并支持背景調(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)移柵時鐘φIO、復(fù)位時鐘φRD、采樣保持時鐘φSHO和傳輸門時鐘φTG。系統(tǒng)設(shè)計由外圍電路直接產(chǎn)生CCD驅(qū)動時鐘，采用計數(shù)器和觸發(fā)器專門設(shè)計時序電路，產(chǎn)生轉(zhuǎn)移柵時鐘φIO、復(fù)位時鐘φRO、采樣保持時鐘φSHO，單片機(jī)只需產(chǎn)生一個幀同步信號(傳輸門信號φTG)與外圍時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)計實際上只需要區(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間，便可計算出黑線位置，從而進(jìn)一步縮短單片機(jī)在CCD上所消耗的時間。

2．4 車速檢測模塊
系統(tǒng)使用紅外傳感器檢測直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在后輪減速齒輪上粘貼一個均勻分布有黑白條紋的編碼盤。紅外接收管接收與未接收紅外光所表現(xiàn)的特性是阻抗變化，所以只需用一個電阻電壓變換電路和比較電路便可將其模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供單片機(jī)采集。
2．5 直流電機(jī)驅(qū)動模塊
系統(tǒng)采用RS380-ST型直流電機(jī)，其驅(qū)動電路采用集成電機(jī)驅(qū)動器MC333886。此器件是單片集成的H橋元件，有單橋和雙橋兩種控制方式，其可控電壓為5～40 V，最大PWM頻率達(dá)10 kHz，內(nèi)置短路保護(hù)電路和過熱保護(hù)電路，最大能承受的5 A的工作電流。其中D1、D2是MC33886的使能端，INl、IN2為輸入端，0UTl、0UT2為其輸出端。圖3是將MC33886的D2端接到單片機(jī)的PWM輸出端口，通過MC33886的兩個輸出端口實現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、方向控制及制動等。采用輸出端并聯(lián)并連接到電機(jī)一端，以及增加散熱片的方法使智能車在相同電壓和占空比時，其速度更快，同時還降低H橋上的壓降，減少M(fèi)C33886發(fā)熱，防止器件由于溫度過高被燒毀。