MC9S12DG128的路径识别的智能车系统设计

文章摘要：[4]。智能车在行驶过程中，舵机的响应时间决定着系统的稳定性及快速性。为了减小舵机的时滞现象，充分利用舵机的转矩余量，本系统采用了以下三种方法：(1) 提高舵机工作电压，使其工作在额定电压之上，从而减小舵机的响应时间；(2) 将舵机转臂加长至3.5cm，充分利用转矩余量；(3) 将两个8位PWM寄存器合并为一个16位PWM寄存器，将舵机的PWM控制周期放大至2000，从而细化PWM控制量，使转臂变化更加灵活、均匀。1.6 直流驱动电机控制模块本系统中，直流驱动电机控制模块由RS-380SH型直流电机、功率驱动芯片ULN2003、电机驱动芯片MC33886及MC9S12DG128单片机组成。功率

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智能车在行驶过程中，舵机的响应时间决定着系统的稳定性及快速性。为了减小舵机的时滞现象，充分利用舵机的转矩余量，本系统采用了以下三种方法：

(1) 提高舵机工作电压，使其工作在额定电压之上，从而减小舵机的响应时间；

(2) 将舵机转臂加长至3.5cm，充分利用转矩余量；

(3) 将两个8位PWM寄存器合并为一个16位PWM寄存器，将舵机的PWM控制周期放大至2000，从而细化PWM控制量，使转臂变化更加灵活、均匀。

1.6 直流驱动电机控制模块

本系统中，直流驱动电机控制模块由RS-380SH型直流电机、功率驱动芯片ULN2003、电机驱动芯片MC33886及MC9S12DG128单片机组成。

功率驱动芯片ULN2003为单片高电流增益双极型大功率高速集成电路，本系统采用了其中两组用于增强单片机输出的PWM信号的驱动能力。

图6为直流驱动电机硬件控制电路图。其中，电机驱动芯片MC33886是单片集成的H桥元件，它适用于驱动小马力直流电机，并且有单桥和双桥两种控制方式。D1、D2为使能端，IN1、IN2为PWM信号控制输入端，OUTl、OUT2为输出端。由于智能车从直道高速进弯时需通过紧急降速来保证系统的稳定，所以电机正转时必须能够产生反向制动力矩。因此本系统选择了MC233886的全桥工作方式。

当需要智能车减速时，PI控制器计算值为负，令PWM5输出的PWM信号占空比为零，PWM3输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同，并且计算值越负，OUT2的电平高出OUT1越多，电机有反转趋势。反之，当需要智能车加速时，PI控制器计算值为正，PWM3输出的PWM信号占空比为零，PWM5输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同，计算值越大，OUTl的电平高出OUT2越多，电机有正转趋势。

2 软件设计

本系统的控制方案是根据路径识别模块和车速检测模块所获得的当前路径和车速信息，控制舵机和直流驱动电机动作，从而调整智能车的行驶方向和速度。图7为系统程序流程图。

智能模型车的路径搜索算法(Line Searching Algorithm)是智能车设计中的关键部分。本系统路径搜索算法采用简单的switch语句，根据检测到黑线的光电管的位置判断舵机的偏转角度，同时给出相应的速度控制信号。其程序流程图如图8所示。

3 实验验证

智能车路径识别的关键在于快速地判断弯道并快速、准确地响应。智能车行进过程中，从长直道进入连续弯道时，由于曲率变化很小，此时转速的设定值较大，加之舵机响应时间的限制，智能车极易脱离轨迹。采用加长转臂的舵机及合理的路径搜索算法，可以增强智能车对轨迹的跟随性能。图9所示为智能车寻迹连续弯道试验效果图。其中，粗线为所寻迹的黑线，细线为智能车实际运行轨迹。

本文设计了一个基于飞思卡尔微处理器MC9S12DG128的智能车控制系统，实现了快速自动寻迹功能。在硬件上，该系统采用MC9S12DG128B单片机为控制核心，协调电源模块、路径识别模块、车速检测模块、舵机控制模块及直流驱动电机控制模块的工作；在控制算法上，采用路径搜索算法和类PI控制算法实现对智能车的舵机转角和电机转速的控制。此外，系统还完成了对加长转臂舵机的控制，实现了转向伺服电机与车速的配合控制。实验结果表明，该智能车系统响应快，动态性能良好，整体控制性能良好。

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