智能車控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要智能車控制系統(tǒng)是通過單片機(jī)的自動控制器控制模型車在封閉的跑道上自主循線運(yùn)行，在保證不沖出跑道的前提下，跑完一圈的時間越小成績越好。我們通過對整體方案、電路、算法的分析，硬件電路部分主要采用mc33886模塊穩(wěn)定、有力地驅(qū)動直流電動機(jī)和舵機(jī)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)道路檢測，獲取賽道信息，反饋給單片機(jī)msp430f149。電機(jī)驅(qū)動采用基于mc33886全橋電機(jī)驅(qū)動芯片。軟件系統(tǒng)部分主要包括以下與路徑識別系統(tǒng)相關(guān)模塊的算法，同時車速檢測模塊采用光電編碼器檢測模型車速度，反饋給單片機(jī)形成閉環(huán)的pid速度控制；同時采用pwm技術(shù)控制舵機(jī)得轉(zhuǎn)向和電機(jī)轉(zhuǎn)速。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我們小組成員涉獵控制、模式識

2、別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科，這次磨練對我們的知識融合和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)有極大的推動作用。 關(guān)鍵詞：智能車;路徑識別;激光傳感器;pid;msp430f149單片機(jī) abstractintelligent vehicle control system design and debugging mcu is through the design of automatic controller model car in a closed runway independent line running through, ensuring the car is not out

3、 of the premise of the runway,finish the lap time for the less used the better results.through the whole program,circuit,algorithm,debug,annalysis of vehicle parameters,we decided to use some of the major mc33886 hardware module that can stabilize a powerful dc motor and servo drive.and laser sensor

4、s to achieve the road test in result to get track information,and finally feedback to the microcontroller msp430f149. software systems, including some major recognition system associated with the path of the algorithm module in addition to vehicle speed detection module uses optical encoders to dete

5、ct model car speed,the purpose is that you can form a closed loop of the pid speed control;while car steering control with pwm technology was streering and motor speed. codewarrior software development tools enable the design of programming and debugging work is guaranteed.all in all, the temper of

6、our knowledge integration and practical ability to train great role.keywords：smart car; path identtification; laser sensors; pid; msp430f149目錄1 緒論11.1課題的發(fā)展概況11.2課題內(nèi)容與意義21.3文本結(jié)構(gòu)22智能車的整體設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)總體方案的選定42.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)63硬件設(shè)計(jì)及說明143.1 核心控制模塊3.2電源模塊設(shè)計(jì)193.3激光傳感器的設(shè)計(jì)143.4電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)173.5舵機(jī)的安裝與控制193.6速度檢測模塊3.7 顯示模塊

7、4軟件設(shè)計(jì)說明244.1系統(tǒng)軟件流程圖244.2 所用pwm模塊說明254.3模糊pid控制算法的實(shí)現(xiàn)274.4輸入捕捉功能的實(shí)現(xiàn)參考文獻(xiàn)33致謝34附錄一35附錄二581 緒論1.1課題的發(fā)展概況全國大學(xué)生智能車競賽的計(jì)劃是在2005年暑假舉行的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)教書討論會上，由飛思卡爾公司的金功九博士建議的。我們得知，韓國至今已舉辦過5屆，不但得到飛思卡爾公司的贊助，還得到了韓國著名制造商的贊助。飛思卡爾公司的前身摩托羅拉公司半導(dǎo)體部，在過去10年中曾每兩年一屆，舉辦過五屆“motorola”杯全國單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽。比賽方式是參賽人提出單片機(jī)應(yīng)用的創(chuàng)意，經(jīng)過專家評審選出3050個應(yīng)用方案，

8、然后再由公司提供8位、16位、32位以及dsp傳感器等產(chǎn)品的樣片和開發(fā)工具，用四個月的時間完成，并進(jìn)行決賽，比賽對參賽人的背景沒有限制此類競賽對中國單片機(jī)的推廣應(yīng)用已經(jīng)起到了一定的促進(jìn)作用。當(dāng)前在嵌入式領(lǐng)域8位、16位、32位的cpu種類繁多，各有定位和特色，且一個芯片中集成2個甚至3個cpu也不難見到。更復(fù)雜的應(yīng)用可以使用多個cpu的分布式系統(tǒng)，因此cpu的運(yùn)算能力不再是設(shè)計(jì)者首先考慮的。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展的不平衡往往表現(xiàn)在存儲器上。因此有人提出，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該不再以cpu為核心，而是以存儲器為核心。在本次設(shè)計(jì)中，采用16位微控制器msp430f149作為核心控制單元，自主構(gòu)思控制方案及

9、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括傳感器信號采集處理、控制算法及執(zhí)行、動力電機(jī)驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制等。1.1.1 國外概況美國國防遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局 darpa 從 2004 年開始舉辦無人車大獎賽，以百萬美元的獎金吸引各大高校和企業(yè)參與無人駕駛車輛的研究工作。2004 年的比賽在沙漠中進(jìn)行。但在全長近 250 公里的路線上，最遠(yuǎn)的一隊(duì)也僅僅跑了 11.78 公里而已。2005年的比賽有 5 輛車完成比賽，斯坦福大學(xué) sebastian thrun 教授帶領(lǐng)的 stanford racingteam 的 stanley 賽車獲得冠軍，他們使用了一輛改裝過的大眾途銳 r5 柴油車。2006年的比賽難度再次加大，從沙漠移到

10、了城市里，在加州的 victorville，隊(duì)伍完全被置身于真實(shí)的道路狀況之中，包括避讓，擁堵，加入車流和遵守交通規(guī)則等?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)最終獲得冠軍和 200 萬美元的獎勵，斯坦福獲得第二名和 100 萬美元，而第三名被維吉尼亞理工學(xué)院奪得。2007 年底在加利福尼亞維克托維爾舉辦了第三屆智能汽車大賽。一款經(jīng)過改裝的智能化雪佛蘭太和運(yùn)動型多功能車在無人操控的情況下行駛了 6 個小時，行程 60 英里(約 96 公里)，奪得大賽冠軍。美國國防部希望智能汽車最能夠用于軍事，以使士兵更加安全；汽車制造商認(rèn)為，人工智能系統(tǒng)將能幫人們駕駛，最終完全承擔(dān)駕駛?cè)蝿?wù)；研究者希望他們的技術(shù)將有助于減少交通事故。

11、韓國大學(xué)生智能模型車競賽是韓國漢陽大學(xué)汽車控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾導(dǎo)體公司資助下舉辦的以 hcs12 單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競賽。組委將提供一個標(biāo)準(zhǔn)的汽車模型、直流電機(jī)和可充電式電池，參賽隊(duì)伍要制作一能夠自主識別路線的智能車，在專門設(shè)計(jì)的跑道上自動識別道路行駛，跑完整個賽程用時最短且技術(shù)報(bào)告評分較高的參賽隊(duì)為獲勝者。制作智能模型車，要參賽隊(duì)伍學(xué)習(xí)和應(yīng)用嵌入式軟件開發(fā)工具軟件 codewarrior 和在線開發(fā)手段自行設(shè)計(jì)和制作可以自動識別路徑的方案、電機(jī)的驅(qū)動電路、模型車的車速傳感電路、模型車轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的驅(qū)動以及微控制器mc9s12dp256 控制軟件編程，等等。其專業(yè)知識涉及控制、模式識

12、別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科，對學(xué)生的知識融合和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)，對高等學(xué)?？刂萍捌囯娮訉W(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的長期的推動作用。隨著賽事的逐年開展，將不僅有助于大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的提高，對于相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)W術(shù)水平的提升也有一定幫助，最終將有助于汽車企業(yè)的自創(chuàng)新，得到企業(yè)的認(rèn)可。這項(xiàng)賽事在韓國的成功可以證明這一點(diǎn)。2000 年智能汽車競賽首先由韓國漢陽大學(xué)承辦開展起來，每年全韓國大約有 100 余支大生隊(duì)伍報(bào)名并準(zhǔn)予參賽，至今已成功舉辦了 8 屆，得到了眾多高校和大學(xué)生歡迎，也逐漸得到了企業(yè)界的極大關(guān)注。上海交通大學(xué)、法國國家信息與自動化研究所(inria)和葡萄

13、牙 coimbra 大學(xué)聯(lián)合組成的 cyberc3 項(xiàng)目組，重點(diǎn)研究面向城市環(huán)境的無人自動駕駛車輛，旨在為未來的城市提供一種靈活、高效、安全、環(huán)保的新型公共交通工具。經(jīng)過研究，人們發(fā)現(xiàn)如果能把人放置在車路系統(tǒng)之外，便可以比較容易降低事故率。因此，車輛自動駕駛是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。1.1.2 國內(nèi)概況“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能汽車競賽是由教育部高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦，飛思卡爾半導(dǎo)體公司協(xié)辦的全國性的比賽；全國大學(xué)生智能汽車競賽是在統(tǒng)一汽車模型平臺上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的 8 位、16 位微控制器作為核心控制模塊，通過增加道路傳感器、設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動電路編寫相應(yīng)軟件以及裝

14、配模型車，制作一個能夠自主識別道路的模型汽車，按規(guī)定路線行進(jìn)，以完成時間最短者為優(yōu)勝。與以往的專業(yè)競賽不同，智能汽車競賽是以快速發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)新比賽，已經(jīng)成為各高校示科研成果和學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑，同時也為社會選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新人才供了重要平臺。我國于 2006 年 8 月舉辦第一屆“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能汽車邀請此次比賽吸引了來自全國 59 所著名學(xué)校的 112 支代表隊(duì)的參與，大賽分預(yù)賽決賽兩個階段。我國于 2008 年 8 月舉辦了第三屆“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能汽車邀賽，此次比賽吸引了來自全國的

15、100 多所著名學(xué)校的幾百支代表隊(duì)參與，由于參賽隊(duì)較多，大賽分為分賽區(qū)比賽和全國總決賽；全國共分東北賽區(qū)、華賽區(qū)、華東賽區(qū)、華南賽區(qū)及西南賽區(qū)五個分賽區(qū)；分賽區(qū)的前 15 名優(yōu)勝者參加全國的總決賽。本屆比賽在第一屆比賽的基礎(chǔ)上增加了賽道的難度，增加彎道和蛇形道在整個賽道中的比重，在決賽中還增加了不同角度的坡道，這對參賽選手及智能模型車系統(tǒng)提出了更高的要求。全國大學(xué)生智能汽車競賽已經(jīng)成功舉辦了三屆，比賽規(guī)模不斷擴(kuò)大、比成績不斷提高。通過比賽促進(jìn)了高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)

16、隊(duì)協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。1.2 課題內(nèi)容和意義智能小車以飛思卡爾16位微控制 mc9s12dg128b作為唯一的核心控制單元，電機(jī)驅(qū)動芯片選用了mc33886，采用激光傳感器采集圖像循線，實(shí)現(xiàn)了通過記憶算法解決跑道的s型的難題。同時，采用pwm和pid技術(shù)，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)轉(zhuǎn)速。路徑參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算是智能小車控制的前提，采用隨動控制來識別路徑，更能準(zhǔn)確的來控制小車速度。技術(shù)報(bào)告以智能小車的設(shè)計(jì)為主線，包括小車的軟硬件設(shè)計(jì)，以及控制算法研究等。整個智能汽車制作過程中，我們主要做了以下工作：(l)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)制定智能模型車系統(tǒng)方案;(2)選擇及設(shè)計(jì)關(guān)鍵

17、器件，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)及功能模塊設(shè)計(jì);(3)智能模型車系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)及研究;(4)智能模型車系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計(jì)及研究;（1）路徑精確識別采用激光傳感器來識別路徑，解決其精度差的缺點(diǎn)研究的主要問題，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)激光傳感器器輸出電壓值與其接受紅外光量有很好的對應(yīng)關(guān)系，于是在每次行駛之前都對每個傳感器動態(tài)建立數(shù)據(jù)表，將其在白板上及黑線上的電壓值儲存在單片機(jī)內(nèi)存中，在主程序運(yùn)行時對每個紅外傳感器輸出電壓值都進(jìn)行 ad 轉(zhuǎn)換，找到其與模型車相對于引導(dǎo)線的偏移量的規(guī)律從而計(jì)算出偏移量，此方法經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，確定可行。（2）硬件電路設(shè)計(jì)為了讓各個電子器件能夠正常能夠工作，設(shè)計(jì)外圍電路以提供其工作環(huán)境。為了

18、在出現(xiàn)問題時查找方便，應(yīng)將系統(tǒng)所有電路板均設(shè)計(jì)制作成 pcb 板以有效提升系統(tǒng)的可靠性。（3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)整車控制系統(tǒng)是研究內(nèi)容的重點(diǎn)，其主要功能是完成對轉(zhuǎn)向舵機(jī)及直流電機(jī)的控制，pid 控制是一種非常成熟的控制方法，其在智能車輛控制領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用，但 pid 控制器的采樣時間及各項(xiàng)系數(shù)對控制器調(diào)節(jié)能力影響很大，通過何種手段確定將是控制器研究的主要內(nèi)容，經(jīng)過大量試驗(yàn)最終確定了各個參數(shù)并通過了各類型路徑的驗(yàn)證。（5）基于目標(biāo)控制器的算法軟件開發(fā)針對目標(biāo)控制器，采用的 c 語言編譯器按控制策略解決方案和控制軟件流程，開發(fā)編寫了包括主程序和相關(guān)子模塊在內(nèi)的實(shí)用化控制算法代碼1.3 本文結(jié)構(gòu)本文采

19、用先總后分的結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的各部分進(jìn)行了介紹，突出強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路和軟件程序的統(tǒng)一。全文共由四個章節(jié)組成，第一章為緒論，二至四章為主體部分。首先，智能車系統(tǒng)相關(guān)的參考文獻(xiàn)，在第二章里引出了智能車的整體設(shè)計(jì)策略，確定了系統(tǒng)總體框架。然后第三章和第四章分別介紹了智能車的硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)。2 智能車的整體設(shè)計(jì)本章主要簡要地介紹智能車系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計(jì)思路，在后面的章節(jié)中將整個系統(tǒng)分為機(jī)械調(diào)整、控制模塊、控制算法等三部分對智能車控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹分析。21 系統(tǒng)總體方案的選定本次設(shè)計(jì)需要制作出一個能夠自主識別道路并行駛的智能車。在模型車的制作過程中，最關(guān)鍵的問題就

20、是如何探尋黑線，如何施以合適的控制策略來確保小車在不違背規(guī)則的前提下沿賽道盡可能快速穩(wěn)定的前進(jìn)。2.1.1 道路識別模塊選定通過學(xué)習(xí)前四屆飛思卡爾智能車競賽規(guī)則和往屆競賽相關(guān)技術(shù)資料了解到，路徑識別模塊是智能車系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊之一，路徑識別方案的好壞，直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣，因此確定路徑識別模塊的類型是決定智能車總體方案的關(guān)鍵。而目前能夠用于智能車輛路徑識別的傳感器主要有光電傳感器和激光傳感器、攝像頭傳感器。一、光電傳感器尋跡方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、信號處理速度快，但是其前瞻距離有限。二、激光傳感器相對前者而言電路復(fù)雜一些，但前瞻距離較前者遠(yuǎn)，能及時預(yù)測道路信息；激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)

21、點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。三、ccd攝像頭尋跡方案的優(yōu)點(diǎn)則是可以更遠(yuǎn)更早地感知賽道的變化，但是信號處理卻比較復(fù)雜，如何對攝像頭記錄的圖像進(jìn)行處理和識別，加快處理速度是攝像頭方案的難點(diǎn)之一。在比較了三種傳感器優(yōu)劣之后，考慮到ccd傳感器圖像處理的困難以及前瞻距離后，決定選用應(yīng)用廣泛的激光傳感器，相信通過選用大前瞻的激光傳感器，加之精簡的程序控制和較快的信息處理速度，激光傳感器還是可以極好的控制效果的。2.1.2 測速模塊選定另外需要一個速度傳感器安裝在主驅(qū)動齒輪上，通過齒輪傳過來的轉(zhuǎn)動信息，獲取后輪轉(zhuǎn)角和電機(jī)轉(zhuǎn)速。有以下方案：方案一 光電傳感器 可

22、以對齒輪打孔，采用直射型光電傳感器，通過間斷接收到的紅外光，產(chǎn)生電脈沖信號，獲取轉(zhuǎn)動角度和電機(jī)轉(zhuǎn)速。雖然其體積小，不增加后輪負(fù)載，加工制作簡單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但是精度不準(zhǔn)，易受外界的干擾。方案二 光電編碼器 光電編碼器可以通過購買安裝在主驅(qū)動齒輪上，來獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，光電編碼器雖然體積大，會加重車的負(fù)擔(dān)，但是其獲取信息準(zhǔn)確，精度高，安裝容易，所以決定用光電編碼器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的測速。2.1.3 電源模塊選定 使用的電源為7.2v的鎳鉻電池。所以需要搭建一些升降壓電路，下面考慮方案：方案一、采用降壓、升壓斬波電路采用斬波電路可以很容易得到所需要的電壓，但是需要的轉(zhuǎn)換電路很多，需要的元器件也很多。方案二、采

23、用升降壓芯片集成的小芯片體積小，重量輕，易于安裝，更能節(jié)省空間，所以最后決定采用一系列的升降壓芯片來實(shí)現(xiàn)各個模塊的電源需求。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)通過設(shè)計(jì)基于德州儀器推出的msp430f149單片機(jī)的自動控制器控制模型車在封閉的跑道上自主循線運(yùn)行。自動控制器是以單片機(jī)msp430f149為核心，配合有傳感器，電機(jī)，舵機(jī)，電池及相應(yīng)的驅(qū)動電路，它能夠自主識別路徑，控制模型車高速穩(wěn)定運(yùn)行在跑道上。自動控制器是制作智能車的核心環(huán)節(jié)。在嚴(yán)格遵守規(guī)則中對于電路限制條件，保證智能車可靠運(yùn)行前提下，電路設(shè)計(jì)盡量簡潔緊湊，以減輕系統(tǒng)負(fù)載，提高智能車的靈活性。作為能夠自動識別道路運(yùn)行的智能汽車，車模與控制器可以看成

24、一個自動控制系統(tǒng)。它可以分為傳感器，信息處理，控制算法及執(zhí)行機(jī)構(gòu)四個部分。其中，以單片機(jī)為核心，配有傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及它們的驅(qū)動電路構(gòu)成了控制系統(tǒng)的硬件。信息處理與控制算法由運(yùn)行在單片機(jī)中的控制軟件完成。因此自主控制器設(shè)計(jì)可以分為硬件電路設(shè)計(jì)和控制軟件兩部分。電路設(shè)計(jì)如圖2.12.1 硬件系統(tǒng)電路框圖 根據(jù)以上硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，賽車硬件系統(tǒng)包括七大模塊：msp430f149主控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、速度檢測模塊、顯示模塊。各模塊的作用如下：msp430f149主控模塊作為整個智能車的“大腦”，將采集光電傳感器、光電編碼器等傳感器的信號，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動直流電

25、機(jī)和伺服電機(jī)完成對智能車的控制。傳感器模塊是智能車的“眼睛”，可以通過一定的前瞻性，提前感知前方的賽道信息，為智能車的“大腦”做出決策提供必要的依據(jù)和充足的反應(yīng)時間。電源模塊為整個系統(tǒng)提供合適而又穩(wěn)定的電源。電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動直流電機(jī)和伺服電機(jī)完成智能車的加減速控制和轉(zhuǎn)向控制。速度檢測模塊檢測反饋智能車后輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：智能車系統(tǒng)采用16位微控制器msp430f149單片機(jī)作為核心控制單元用于智能車系統(tǒng)的控制。在選定智能車系統(tǒng)采用光電傳感器方案后，賽車的位置信號由車體前方的激光傳感器采集，經(jīng)msp430f149的 mcu的i/o口處理后，用于賽車的運(yùn)動控制決策，同時內(nèi)

26、部定時器a模塊發(fā)出pwm波，驅(qū)動直流電機(jī)對智能車進(jìn)行加速和減速控制，以及伺服電機(jī)對賽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，使賽車在賽道上能夠自主行駛，并以最短的時間最快的速度跑完全程。為了對賽車的速度進(jìn)行精確的控制，在智能車后軸上安裝光電編碼器，采集車輪轉(zhuǎn)速的脈沖信號，經(jīng)mcu捕獲后進(jìn)行pid自動控制，完成智能車速度的閉環(huán)控制。3 硬件設(shè)計(jì)及說明具體地說，主要從以下四個方面予以介紹：激光傳感器的設(shè)計(jì)；電機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；電源模塊的設(shè)計(jì)；舵機(jī)的安裝與控制，顯示模塊。核心控制模塊31控制核心msp430f149芯片是美國ti公司推出的超低功耗微處理器,有60kb+256字節(jié)flash,2kbram,包括基本時鐘模

27、塊、看門狗定時器、帶3個捕獲/比較寄存器和pwm輸出的16位定時器、帶7個捕獲/比較寄存器和pwm輸出的16位定時器、2個具有中斷功能的8位并行端口、4個8位并行端口、模擬比較器、12位a/d轉(zhuǎn)換器、2個串行通信接口等模塊。311 內(nèi)部資源msp430f149芯片具有如下特點(diǎn):1)功耗低:電壓2.2v、時鐘頻率1mhz時,活動模式為200a;關(guān)閉模式時僅為0.1a,且具有5種節(jié)能工作方式。2)高效16位risc-cpu,27條指令,8mhz時鐘頻率時,指令周期時間為125ns,絕大多數(shù)指令在一個時鐘周、期完成;32khz時鐘頻率時,16位msp430單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機(jī)20mh

28、z時鐘頻率時的執(zhí)行速度。3)低電壓供電、寬工作電壓范圍:1.83.6v;4)靈活的時鐘系統(tǒng):兩個外部時鐘和一個內(nèi)部時鐘;5)低時鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信;6)具有串行在線編程能力;7)強(qiáng)大的中斷功能;8)喚醒時間短,從低功耗模式下喚醒僅需6s;9)esd保護(hù),抗干擾力強(qiáng);10)運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為-40+85,適合于工業(yè)環(huán)境。msp430系列單片機(jī)的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實(shí)現(xiàn)的,故其程序的編寫相對簡單。編程開發(fā)時通過專用的編程器,可以選擇匯編或c語言編程,iar公司為msp430系列的單片機(jī)開發(fā)了專用的c430語言,可以通過workbench和c-spy直接編譯調(diào)試,使用靈活簡單。3

29、2電源模塊的設(shè)計(jì)大賽規(guī)定使用的電源為配發(fā)的7.2v的鎳鉻電池?，F(xiàn)在看電路中所用多大的電源以及如何設(shè)計(jì)這些要用的電源。單片機(jī)、信號調(diào)理電路以及部分接口電路需要用穩(wěn)定的5v電源供電。舵機(jī)的工作電源為6v，此電壓無需十分穩(wěn)定，后輪電機(jī)驅(qū)動模塊需要7.2v的電源，可以直接有電池供電。321 5v 穩(wěn)壓電源5v穩(wěn)壓芯片的選擇考慮7805穩(wěn)壓塊和lm2575及l(fā)m294013系列三種方法。在各部分電路電源中，整個電路的核心s12芯片的供電放在首位，首先應(yīng)保證他電源供給的安全穩(wěn)定。根據(jù)s12的技術(shù)資料，其供電電壓為 5v.而本設(shè)計(jì)多提供的電源額定電壓為7.2v，因此需要一個降壓芯片為s12芯片供電。以下為芯

30、片選用論證：（1）在平時設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的穩(wěn)壓器為lm7805來完成電壓轉(zhuǎn)換。由于蓄電池隨著電量的釋放造成電壓逐漸降低，當(dāng)降低到一定程度的時候就不能持續(xù)提供+5v的電壓，造成智能電動車控制系統(tǒng)不能正常地工作。lm7805穩(wěn)壓器比較常見的是線性穩(wěn)壓芯lm7805。雖然這種線性穩(wěn)壓器具有輸出電壓恒定或可調(diào)、穩(wěn)壓精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其線性調(diào)整工作方式在工作中會造成較大的“熱損失”(其值為v壓降i負(fù)荷)，導(dǎo)致其電源利用率不高、工作效率低下，不易達(dá)到便攜式設(shè)備對低功耗的要求。由于直流電機(jī)在高速運(yùn)行時的電流達(dá)到 4a。當(dāng)直流電機(jī)運(yùn)行半個小時左右，測得的電源電壓在+6.5v+7.0v， 而微處理器的輸入電壓

31、要求為穩(wěn)定的+5v， 如果選用7805線性電源管理芯片，由于工作壓降要求在1.7v以上，也就是如果使7805輸出+5v 電壓，那么輸入電壓至少在+6.7v以上，否則不易保證穩(wěn)定的+5v電壓輸出，也就很難保證微處理器的正常工作。由于其高壓差因素，如果使用7805，那么還應(yīng)該考慮電源散熱問題，使得整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜且不能保證系統(tǒng)的有效工作時間。（2）lm2576-5v該芯片為單片降壓式開關(guān)電壓調(diào)整器，輸出電壓5.0v ；最大輸出電流 3a ；具有熱關(guān)閉和限流保護(hù)功能。 因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低 ，其平均工作效率可達(dá) 70% 90% 。然而lm2576-5 工作電壓在7.040v 之間，而本設(shè)計(jì)

32、提供的電池額定電壓為7.2v ，所以該芯片易出現(xiàn)輸出電壓低于5v的情況，不符合單片機(jī)供電的要求。（3）低壓降穩(wěn)壓塊lm2940，高負(fù)載時壓降為40mv，輸出電流可達(dá)1.25a，典型值壓降為350mv輸出電流為1a，靜態(tài)電流為240ua。該芯片較 lm2576-5 而言，能夠在低壓差的情況下穩(wěn)定的工作 ，故該芯片給mcu 供電是個不錯的選擇。鑒于單片機(jī)和光電傳感器總電流過大，用兩個2940芯片并聯(lián)。最終得出供電電路圖如圖4.5所示。圖4.5 5v穩(wěn)壓電路因此我們選擇了低失穩(wěn)電壓穩(wěn)壓器lm2940來設(shè)計(jì)電源，lm2940穩(wěn)壓器特點(diǎn)是在整個溫度范圍內(nèi)按典型0.5v和最大1v的失穩(wěn)電壓能提供1a的輸出

33、電流。此外，還具有靜態(tài)電流降低電路，當(dāng)輸入與輸出的電壓差大于3v時，可以自動降低靜態(tài)電流。該穩(wěn)壓器也具有一般穩(wěn)壓器的短路保護(hù)和熱過載保護(hù)等功能，該穩(wěn)壓器原為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有電池反接或兩電池對接的保護(hù)功能。在輸出負(fù)載降壓60v時穩(wěn)壓器將自動關(guān)閉以保護(hù)內(nèi)部電路。電容值的選擇：為了保證電源電路的穩(wěn)定性，輸出端的電解電容至少為22uf。為保持瞬變時的調(diào)整率，電容量可以無限制增加，位置盡可能靠近穩(wěn)壓器。該電容必須額定在于穩(wěn)壓器相同的工作溫度內(nèi)，而esr是嚴(yán)格要求的。 322 6v穩(wěn)壓電路經(jīng)實(shí)驗(yàn)測的舵機(jī)最大輸出電流約為100ma左右，而7806芯片的輸出電流是500ma至1a，能夠滿足舵機(jī)的要求。另

34、外查7806的芯片資料，得其原理電路圖如圖4.6所示。圖4.6 6v穩(wěn)壓電路33 激光傳感器的設(shè)計(jì)道路識別模塊中我們用到的是激光傳感器器，原理是由發(fā)射管發(fā)射一定波長的激光，經(jīng)地面反射到接收管。由于在黑色和白色上反射系數(shù)不同，在黑色上大部分光線被吸收，接受管接收不到，三極管截至，單片機(jī)i/o口接收到信號為“1”； 白色上可以反射回大部分光線，接受管接收到反射光線，三極管導(dǎo)通，單片機(jī)i/o口收到信號為 “0”，通過把光信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號變化來實(shí)現(xiàn)控制，以此來區(qū)分黑白線。激光傳感器由兩部份構(gòu)成，一部份為發(fā)射部份，一部分為接收部份。發(fā)射部份由一個振蕩管發(fā)出180khz頻率的振蕩波后，經(jīng)三極管放大，

35、激光管發(fā)光；接收部份由一個相匹配180khz的接收管接收返回的光強(qiáng)，經(jīng)過電容濾波后直接接入單片機(jī)的i/0口，檢測返回電壓的高低。由于激光傳感器使用了調(diào)制處理，接收管只能接受相同頻率的反射光，因而可以有效防止可見光對反射激光的影響。另外，配合大透鏡使用，接收效果和抗干擾能力更強(qiáng)。其工作原理圖如圖4.1，圖4.2所示。圖4.1 激光傳感器發(fā)射部分原理圖圖4.2 激光傳感器接收部分原理圖（1）in為輸入“0”、“1”信號給單片機(jī)，用以判斷黑白線，out為單片機(jī)i/o口輸出“0”、“1”信號給激光管，用以控制其是否發(fā)光。 （2）接受管1和2端口有一個三極管，接收到黑線時，三極管截至，in輸出為1，接收

36、到白線時，三極管導(dǎo)通，in輸出為0。（3）當(dāng)照射在黑線上時， led指示燈應(yīng)該為滅；當(dāng)照射在白線上時， led指示燈應(yīng)該為亮。我們在尋線傳感器采集方面共用到了13個激光傳感器。激光傳感器接到cpu的數(shù)據(jù)i/o端口，用于檢測道路的彎曲程度，以便控制舵機(jī)調(diào)整前面轉(zhuǎn)向輪的行駛角度。13個激光管呈一字型排列，實(shí)驗(yàn)測知相鄰的兩個激光管之間接收和發(fā)射相互影響，但隔著一個的兩個激光管沒有影響，所以，將奇數(shù)號的激光管相連，接到msp430f149單片機(jī)的p1.1口，控制它們同時發(fā)光，偶數(shù)號激光管相連，接到msp430f149單片機(jī)的p1.0口，控制它們同時發(fā)光，從而由分時發(fā)光來實(shí)現(xiàn)激光管互不干擾。 圖4.3

37、模型車激光傳感器一字排布圖各個激光管之間的距離是相等的，鑒于最外側(cè)的兩個用于起跑線，拐彎和十字線時，一般直道時用不到，所以將它們分別接到msp430f149單片機(jī)的中斷入口p1.2和p1.3口，即只有當(dāng)它們其中一個檢測到黑線時，產(chǎn)生一個外部中斷信號，智能車做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向和調(diào)速反應(yīng)，其它情況下，只按查詢法逐個查詢是否檢測到黑線，來確定黑線的位置，用以確定智能車的轉(zhuǎn)向和速度，使車實(shí)現(xiàn)延黑線前進(jìn)。由此得出激光管的輸出out引腳與單片機(jī)的連接如表4.1所示。表4.1 激光管(接受部分)的輸出引腳與單片機(jī)的接口連接標(biāo)號12345678910111213端口p1.2p1.5p2.0p2.1p2.2p2.3

38、p2.4p2.5p2.6p2.7p1.7p1.6p1.334 電機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.4.1電機(jī)介紹智能模型車前進(jìn)的動力是通過直流電機(jī)來驅(qū)動的，直流電動機(jī)是最早出現(xiàn)的電動機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動機(jī)。長期以來，直流電動機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能較高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性。智能模型車的驅(qū)動直流電動機(jī)的型號為rs一380sh，輸出功率0.9w4ow,該電機(jī)使用電壓范圍為3.09.0v，額定電壓7.2v。無負(fù)荷轉(zhuǎn)速可達(dá)16200rpm，無負(fù)荷電流為0.50a。額定轉(zhuǎn)速14000rpm，額定電流3.29a，額定轉(zhuǎn)距110g.cm，額定功率15.8w，

39、起動轉(zhuǎn)矩840g.cm，起動電流21.6a。它的外型圖如圖3.21所示：rs380sh的電機(jī)特性如表3.4所示。3.4.2電機(jī)控制近年來，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大變化，隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖調(diào)制(pulse width modulation簡稱pwm)控制方式已成為主流。這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)。采用專用集成電路芯片可以很方便的組成單片機(jī)控制的小功率直流伺服系統(tǒng)。本文選用的驅(qū)動芯片是飛思卡爾半導(dǎo)體公司的h橋式驅(qū)動器mc33886。其管腳示意圖如圖3.22所示，它的應(yīng)用電路也很簡單，如圖3.23

40、所示。直流電機(jī)驅(qū)動采用飛思卡爾公司的5a集成h橋芯片mc33886。mc33886芯片內(nèi)置了控制邏輯、電荷泵、門驅(qū)動電路以及低導(dǎo)通電阻的mosfet輸出電路，適合用來控制感性直流負(fù)載，可以提供連續(xù)的5a電流，并且集成了過流保護(hù)、過熱保護(hù)和欠壓保護(hù)。通過控制mc33886的四根輸入線可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、能耗制動及反接制動。圖3.24為經(jīng)過簡化的h橋電路，當(dāng)s1、s4導(dǎo)通且s2、s3截止時，電流正向流過電機(jī)，車模前進(jìn)；s2、s3導(dǎo)通s1、s4截止時，電流反向流過電機(jī)，適當(dāng)利用這個過程可以使車模處于反接制動的狀態(tài)，迅速降低車速。由于電機(jī)軸在外力作用下旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)可以產(chǎn)生電能，此時可以把直流電動機(jī)

41、看作一個帶了很重負(fù)載的發(fā)電機(jī)，電機(jī)上會產(chǎn)生一個阻礙輸出軸運(yùn)動的力，這個力的大小與負(fù)荷的大小成正比，此時電機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。工作特性：(1)5v到40v的連續(xù)操作。本設(shè)計(jì)由于電池采用6節(jié)鎳鎘電池，固最大電壓不超過10v。(2)可以接受ttl或cmos以及與它們兼容的輸入控制信號。(3)pwm控制頻率可以達(dá)到10khz。(4)通過pwm的通一斷來控制驅(qū)動電流的大小。(5)內(nèi)部設(shè)有短路保護(hù)，欠壓保護(hù)電路。(6)內(nèi)部設(shè)有錯誤狀態(tài)報(bào)告功能。本設(shè)計(jì)中使用兩片mc33886并聯(lián)，相當(dāng)于將其中的兩個h橋并聯(lián)。這樣一方面減小導(dǎo)通電阻對電機(jī)特性的影響，另一方面減小mc33886內(nèi)部的過流保護(hù)電路對電機(jī)啟動及制動

42、時的影響。在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們可能會遇到彎道，為了能使模型車在過彎道的時候能夠快速地把速度減下來，電機(jī)驅(qū)動部分使用了由兩片mc33886組成的全橋式驅(qū)動電路，可以控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)以達(dá)到制動的目的。單片mc33886也可能組成橋式驅(qū)動電路。由于rs一38osh電機(jī)的工作電流很大，經(jīng)過測量，單片mc33886驅(qū)動rs一380sh電機(jī)時空載時的壓降也有1.0v之高。因此把單片mc33886的兩路驅(qū)動輸出端并聯(lián)起來，用兩塊mc33886組成一個全橋式的驅(qū)動電路。該電路可以通過兩個輸入端就可以控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，壓降也減小到0.5v以下。兩塊內(nèi)部并聯(lián)后的mc33886芯片來組成橋式驅(qū)動電路，mc33886

43、的輸入輸出對應(yīng)關(guān)系如表3.5所示，具體驅(qū)動電路如圖3.25所示。35 舵機(jī)的安裝與控制舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動中。在航空模型中，飛機(jī)的飛行姿態(tài)是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)和各個控制舵面來實(shí)現(xiàn)的?？刂贫婷娴乃欧姍C(jī)，不僅在航模飛機(jī)中，在其他的模型運(yùn)動中都可以看到它的應(yīng)用:船模上用來控制尾舵，車模中用來轉(zhuǎn)向等。由此可見，凡是需要操作性動作時都可以用舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向舵機(jī)的控制在智能汽車控制系統(tǒng)中的重要性是不言而喻的。3.5.1舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理(1)舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般來講，舵機(jī)主要由以下幾個部分組成，舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、控制電路板等。其中，直流馬達(dá)提供了原始動力，帶動減速齒輪組

44、，產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，輸出扭力也愈大，越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動的速度也愈低。(2)舵機(jī)的工作原理舵機(jī)是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其工作原理如右圖3-28所示。控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的標(biāo)準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏執(zhí)電壓與電位器的電壓進(jìn)行比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，電機(jī)帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個電壓信號到控制電路板，進(jìn)行反饋，然

45、后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和速度，直至電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是這樣，但實(shí)踐起來有很多種。例如電機(jī)就有有刷和無刷之分，齒輪有塑料和金屬之分，輸出軸有滑動和滾動之分，殼體有塑料和鋁合金之分，速度有快速和慢速之分，體積有大中小三種之分等等，組合不同，價(jià)格也千差萬別。例如，其中小舵機(jī)一般稱作微舵，同種材料的條件下是中型的一倍多，金屬齒輪是塑料齒輪的一倍多。應(yīng)根據(jù)需要選用不同類型。舵機(jī)的輸入線共有三條:紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這兩根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動消耗。電源有兩種規(guī)格:4.8v和6.0v，分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同

46、，6.ov對應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件;另外一根線是控制信號線。352舵機(jī)控制設(shè)計(jì)常見的舵機(jī)廠家有:日本的futaba、jr、san認(rèn)叭等，國產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等，本次設(shè)計(jì)的舵機(jī)是sanwahs-925。如圖3-29所示，該舵機(jī)的工作角度為:45度/400u，有兩種工作電壓，分別是4.8v和6.0v。工作電壓為4.8v時，速度為0.11sec/60，堵轉(zhuǎn)力矩為6.1kg.cm;工作電壓為6.0v時，速度為0.08sec/60，堵轉(zhuǎn)力矩為7.7kg.cm。在設(shè)計(jì)中，為了提高舵機(jī)的響應(yīng)速度和工作力矩，采用6.0v工作電壓。硬件電路如圖3一30所示。36 速度檢測模塊在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，

47、速度指令值通過微控制器變換到驅(qū)動器，驅(qū)動器再為電機(jī)提供能量。速度傳感器再把測量的小車的速度量的實(shí)際值回饋給微控制器。以便微控制器進(jìn)行控制。因此要對控制系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，必須要有感應(yīng)速度量的速度傳感器。常用的有以下兩種傳感器:(1)軸編碼器它常被用來測量旋轉(zhuǎn)軸的位置和轉(zhuǎn)速。分為“絕對式位置編碼器”和“增量式軸編碼器”，“絕對式位置編碼器”被用來測量轉(zhuǎn)軸的實(shí)際位置，這種編碼器常被用于伺服系統(tǒng)中來獲得一定的轉(zhuǎn)軸位置。“增量式軸編碼器”常被用來測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速(速率和方向)。增量式軸編碼器可以產(chǎn)生直接對應(yīng)于軸轉(zhuǎn)速的脈沖序列，如果采用有兩相信號輸出的增量式軸編碼器，那么脈沖序列就可以直接表示出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方

48、向。(2)模擬轉(zhuǎn)速計(jì)它也被安裝在電機(jī)的輸出軸上，輸出的是正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓，然后再經(jīng)過a/d后送給控制器。在實(shí)際應(yīng)用中一般采用轉(zhuǎn)速電機(jī)。3.6.1速度傳感器的安裝一般購買的電機(jī)編碼器重量都較大，而整車質(zhì)量的增加，對系統(tǒng)動力性能有較大影響。為了減輕整車的質(zhì)量，制作了一個輕量化的軸轉(zhuǎn)速傳感器。軸編碼器一般有兩種，一種是光學(xué)編碼器，另一種是利用電磁原理制成的霍爾編碼器?；魻柧幋a器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的傳感器，因?yàn)榛魻柧幋a器存在著分辨率低，精確度不高的缺點(diǎn)。所以，本文采用光學(xué)編碼器，也就是紅外傳感器。紅外傳感器有兩種，一種是反射式傳感方式，另一種是對射式傳感方式。示意圖如圖3一23所示。如果打開pc鼠

49、標(biāo)，會發(fā)現(xiàn)連接中心活動球的兩個圓盤上有很多孔。至少有兩個光禍(在實(shí)際上光遮斷器)對準(zhǔn)這些孔，圓盤旋轉(zhuǎn)時，其中一個光禍會讓信號從圓盤孔中穿過。把這些光禍擺放在圓盤四周的不同位置，它旋轉(zhuǎn)的距離以及方向就能被計(jì)算出來。其實(shí)鼠標(biāo)里用的也是對射式紅外傳感器。受pc鼠標(biāo)的啟發(fā)，在設(shè)計(jì)中采樣類似的原理來檢測小車的速度，在智能車控制系統(tǒng)中，由于小車不會倒車，直流電機(jī)只會沿著一個方向轉(zhuǎn)動，所以不需要辨別它的方向，這樣只需要一個光禍就可以了，基本原理如下:在車體上固定一個對射式紅外傳感器，為了提高測量值的精確度和分辨率，將碼盤安裝在電機(jī)軸上，使其處于對射式傳感器溝槽之間。車輪轉(zhuǎn)動時，碼盤隨著車軸一起轉(zhuǎn)動，碼盤上的

50、小孔依次通過紅外發(fā)射器和紅外接收器之間，傳感器得到與速度有關(guān)的一些脈沖信號。如圖所示3一24為紅外速度傳感器的示意圖。圓盤上孔的個數(shù)就代表的分辨率的大小，孔越多，分辨率越大。電機(jī)也可以控制的更精確。當(dāng)然孔的數(shù)量一定要在紅外管的識別頻率范圍之內(nèi)，開始用了54個孔，導(dǎo)致電機(jī)控制的失敗，后來才發(fā)現(xiàn)原來的孔的個數(shù)己經(jīng)超出了紅外管的識別頻率范圍。降低了孔的個數(shù)后，問題才得以解決。當(dāng)然也可以買些高頻率的紅外管。但是，這樣做是沒有必要的，因?yàn)樾≤囅到y(tǒng)不需要那么高的速度控制精度，而且過多的分辨率也帶來了一些負(fù)面影響，從后面的軟件設(shè)計(jì)一章可知，孔是通過中斷來捕捉的，當(dāng)孔從紅外管經(jīng)過的時候，會引起mcu的輸入捕捉

51、中斷，然后計(jì)算孔的數(shù)目，如果孔太多的話，mcu中斷的次數(shù)也會增加，這樣會影響小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)周期。使系統(tǒng)實(shí)時性變得更差。所以，在設(shè)計(jì)中一定要通過反復(fù)試驗(yàn)找個最佳的孔數(shù)。經(jīng)過反復(fù)的測試，最終確立了一周27個孔。從傳感器直接得到的信號很弱，所以必須經(jīng)過三極管的放大，放大后的信號并非從0v快速地變化到5v(即從邏輯0到邏輯1)這種電壓信號才容易為微控制器所處理。實(shí)際輸出的信號如圖3一25所示。如果能夠?qū)⒓t外傳感器的輸出信號數(shù)字化，從而使微處理器更容易區(qū)分狀況的轉(zhuǎn)換，例如，許多微控制器僅把低于零點(diǎn)幾伏的低壓當(dāng)作邏輯o來處理，而把僅高于3v左右的電壓當(dāng)作邏輯1來處理。但是，紅外傳感器對轉(zhuǎn)動電機(jī)軸的輸出

52、響應(yīng)為連續(xù)變化的電壓，而且這些連續(xù)變化的電壓并不總是處于微控制器輸入引腳所要求的理想電壓范圍之內(nèi)這一情況在有環(huán)境光影響的場合更為嚴(yán)重。其結(jié)果可能導(dǎo)致微控制器丟失相當(dāng)多的編碼器計(jì)數(shù)，進(jìn)而影響到路程累計(jì)和電機(jī)控制的精確性。改善光電開關(guān)輸出信號的一條路徑是采用電壓比較器來處理原始的vout.電壓比較器是一種比較特殊的電路。它可以將輸入電壓與參考電壓做比較，當(dāng)輸入電壓高于參考電壓，或者是輸入電壓低于參考電壓時，其輸出狀態(tài)就發(fā)生變化。電壓比較器的優(yōu)點(diǎn)在于輸出電壓是反映輸入電壓的方波信號，但是也有缺點(diǎn)，即如果輸入電壓僅僅瞬時地越過閉值電壓，接著又立即回落(這通常被稱為“噪聲”)，那么電壓比較器也會反映這一

53、噪聲。這一缺點(diǎn)可以通過采用施密特觸發(fā)器替代簡單的電壓比較器的方法來克服。施密特觸發(fā)器是一種雙閉值的特殊電壓比較器。當(dāng)輸入電壓高于上閡值(也被稱為正向閑值)時，觸發(fā)器輸出高電平:當(dāng)輸入電壓低于下閡值(也被稱為負(fù)向閩值)時，觸發(fā)器輸出低電平;當(dāng)輸入電壓處于下閉值和上閉值之間的“死區(qū)”時，觸發(fā)器的狀態(tài)不發(fā)生改變?！八绤^(qū)”作用也常被稱為“滯回”。這一特點(diǎn)很有用，因?yàn)樗哂幸欢ǖ目乖肼暩蓴_的能力。圖3一26所示采用施密特觸發(fā)器后噪聲信號的處理結(jié)果。從圖中可以看出，經(jīng)過施密特觸發(fā)器后，原先為電壓比較器所反映的噪聲脈沖己被濾除。3.6.3速度傳感器電路的設(shè)計(jì)速度傳感器得到的信號經(jīng)施密特觸發(fā)器的整形后得到理想

54、的脈沖信號，單片機(jī)對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對車速的檢測。電路如圖3一27所示。用這種方法能很精確地計(jì)算出小車在行駛時的車速。實(shí)驗(yàn)證明效果很好。74ls14常用的施密特觸發(fā)器之一，它是帶有反向功能的施密特觸發(fā)器。在物理結(jié)構(gòu)上，將該檢測裝置安裝在后輪上，由于前輪主要負(fù)責(zé)車的轉(zhuǎn)向，所以前輪將會時常左右轉(zhuǎn)動，這樣將會影響車速檢測的精確性。37 顯示模塊為了完善智能車控制系統(tǒng)的功能，使其更加人性化，同時也為了方便調(diào)試，在設(shè)計(jì)中，加入液晶顯示模塊。把智能車系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的一些重要參數(shù)顯示出來，例如:小車當(dāng)前的速度、電源的電壓等。371 lcd的選擇點(diǎn)陣字符型lcd專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號及少量自定

55、義符號。這類顯示器把lcd控制器、點(diǎn)陣驅(qū)動器、字符存儲器、顯示體及少量的阻容元件集成為一個液晶顯示模塊。設(shè)計(jì)中采用的字符型液晶顯示模塊的控制器是日立公司生產(chǎn)的hd44780，第三章智能車系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)hd44780控制部分的時序發(fā)生電路主要用來產(chǎn)生計(jì)算機(jī)的響應(yīng)時序、ddram和cgram的存取時序以及光標(biāo)和閃爍的產(chǎn)生時序等，其時鐘頻率范圍為125k一350khz，典型值為250khz;地址指針計(jì)數(shù)器ac是ddram和cgram共同的地址指針計(jì)數(shù)器，可用于指示當(dāng)前ddram和cgram共同的地址指針計(jì)數(shù)器，也可用于指示當(dāng)前ddram和cgram的地址;字符發(fā)生器包括cgrom己固化好的字模庫(

56、含有208種 5xs點(diǎn)陣和32種 5xn點(diǎn)陣字符字模數(shù)據(jù))和可隨時定義的字模庫;80個字節(jié)的顯示存儲器ddram，可用于存儲當(dāng)前所要顯示的字符代碼;其地址由ac提供，并可通過單片機(jī)直接對ddram進(jìn)行讀/寫操作。hd44780有11條指令，單片機(jī)只需通過rs、r/w、dbo一db7送入數(shù)據(jù)或指令，便可顯示其指定內(nèi)容或顯示方式。3.9.2 lcd硬件接口電路的設(shè)計(jì)字符型lcd與單片機(jī)的連接電路如圖3一34所示，圖中，單片機(jī)h口直接與lcd的數(shù)據(jù)口相接，pei用于控制lcd的rs寄存器選擇，pez口用于控制r/w讀寫選擇，pe3用于控制e使能信號。使用該方法接口簡單，編程方便。4 軟件設(shè)計(jì)說明在前面硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，輔以實(shí)現(xiàn)智能車控制的軟件，基本上可以實(shí)現(xiàn)汽車的智能控制。在這一部分中，我們主要介紹以下幾塊內(nèi)容：msp430f149單片機(jī)的時鐘初始化；pwm模塊的應(yīng)用；電源與速度的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)及a/d模塊的應(yīng)用；模糊p