飞思卡尔-智能车入门 增强版.docVIP

“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 学习报告 从外观上看，智能车系统主要表现为由一系列的硬件组成，包括组成车体的底盘、轮胎、舵机装置、马达装置、道路检测装置、测速装置和控制电路板等。硬件是智能车系统的基础，没有一个好的硬件平台，智能车就无法运行。而软件部分则是整个智能车系统的灵魂，软件的核心是控制算法，完成这些任务的编程语言有汇编语言和C语言。在智能车竞赛中，硬件往往大同小异，真正决定比赛成绩的往往是软件部分，尤其是核心控制算法的设计。 下面从硬件和软件两个方面来解决一些智能车设计中的问题。 硬件部分： 1. 飞思卡尔智能车的大脑与核心——MC9S12DG128。 MC9S12DG128是飞思卡尔半导体公司的汽车电子类产品，隶属于飞思卡尔单片机的S12系列，其内核为CPU12 高速处理器。MC9S12DG128B拥有丰富的片内资源，flash 达128kb，有16路AD转换，精度最高可设置为10 位；有8路8位PWM并可两两级联为16位精度PWM，特别适合用于控制多电机系统。它的串行通信端口也非常丰富，有2路SCI，2路SPI此外还有IIC，CAN总线等端口，并且采用了引角复用功能，使得这些功能引角也可设置为普通的IO 端口使用。此外它内部还集成了完整的模糊逻辑指令，可以简化我们的程序设计。 MC9S12DG128的功能非常强大，也很复杂，但是我们也不需要完全了解，只需要学习智能车制作中用到的几个模块，比如ECT、ADC 、PWM、MDC、PLL、SCI等。S12单片机在使用过程中会涉及到电源、时钟、滤波、IO接口、 复位、BDM接口、串行通讯等各种硬件电路设计，电路布局可以参考飞思卡尔官方用户指导的说明。同时各寄存器模块功能参数也可以查阅用户指导。 2. 智能车动力的源泉——直流电机。 直流电机为智能车提供动力，控制着智能车的车速，是智能车系统的重要部分。在飞思卡尔智能车大赛中，电机涉及到的方面包括驱动电路，电机调速电路，转速测量电路等。 电机驱动电路。 图1 图1是一个典型实用的简单直流电机调速驱动电路，功率管的选择由电机的功率决定，由于电机启动的时候存在较大的浪涌电流，其标称电流取电机正常工作时电流的3～5倍。PWM信号的占空比决定电机的转速，故电机的调速可通过改变PWM信号的占空比实现。 PWM（脉宽调制）调速 在PWM 调速系统中，在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值U0取决于占空比的大小， 即改变占空比的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽三种方法改变占空比的值，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡，因此常采用定频调宽法改变占空比的。 图2. PWM调速控制输出电压波形 直流电机电枢两端电压： 电机驱动调速电路既可以直接采用MC33886电机驱动芯片，也可以采用大功率MOS管来自行设计电机驱动电路。 图3. MC33886驱动电路 图4. 大功率MOS管驱动电路 3）. 车速检测 车速检测是通过检测驱动电机的转速来实现的，常用的测速方法有三种： 转角编码盘 转角编码盘分为绝对位置输出和增量式位置输出两种。一般可使用增量式编码盘。它输出脉冲的个数正比于电机转动的角度，从而使编码盘输出脉冲的频率正比于转速。可以通过测量单位周期内脉冲个数或者脉冲周期得到脉冲的频率。 2.反射式光电检测 反射式光电检测是在后轮齿轮传动盘上粘贴一个黑白相间的码盘，通过安装在码盘侧面的反射式红外传感器，来读取光码盘的转动脉冲。其原理和转角编码盘测速原理是类似的。 图5.光电式脉冲编码器结构 3. 霍尔传感器检测 霍尔传感器是基于霍尔效应原理，将电流、磁场、位移、压力、转速等被测量转换成电动势输出的一种传感器。虽然转换率低、温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温度补偿，但霍尔传感器具有结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、寿命长、可靠性高，以及易于微型化和集成电路化等优点。 图6. 三种不同结构的霍尔式转速传感器 图7.测速传感器的安装 3. 光电式传感器布局——光电组 光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电式传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现非电量的测量。光电式传感器的核心是光电器件，光电器件的基础是光电效应。 各个光电传感器的布局间隔对智能车的运行，是有一定影响的。传感器的间隔是否合适，对过弯的精确性以及防止飞车有很大的影响。设定传感器间隔的原则是：既要满足一定的密度以保证走弯道时轨迹相对精确，又要尽可能拥有大的横向控制范围来防止飞车。若传感器间隔设置合适，当赛道有一点微小的