智能小车控制器
摘 要
智能车辆是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。
本文是在第二届“飞思卡尔” 杯全国大学生智能汽车竞赛背景下诞生的，介绍了基于Freescale的MC9S12DG128芯片开发的智能小车硬件系统。本设计的智能小车运行在带黑色引导线的白色跑道上，具有自动识别路径及安全运行的功能。这篇文章着重阐述了目标道路信息的获取、处理和识别过程，并在此基础上结合软件设计运用有效的控制算法对智能小车进行控制，使小车能够快速准确的对道路进行跟踪。目标道路信息的获取是通过TCRT5000红外传感器来进行，其主要任务是通过扫描获得道路信息，并将是该信号传递给单片机进行处理。该课题主要设计了以单片机为主的硬件电路，本文详细叙述了轨迹跟踪系统的载体构造、控制系统的总体设计、驱动芯片的选型等。
关键词：智能小车；路径识别；红外传感器；MC9S12DG128
南京工程学院车辆工程系本科毕业设计(论文)
ABSTRACT
The study about intelligent vehicle is the top level in the research field of vehicle engineering nowadays. It involves in the combination of multiple academic subjects and integration of multiple high technologies, which represent the development direction of automobile technology.
This paper is born under the background of the second Freescale Nation Undergraduates Intelligent Car Contest Cup. This paper demonstrates a design and execution of auto-searching for track by usage of infrared sensor module on an intelligent model car. The main function that the intelligent car may achieve is that the car should track the black-guide-line automatically and move forward following the line as fast and stable as possible. The intelligent car system uses the Freescale16-bitsingle-chip MC9S12DG128B as its control microprocessor.
The paper select TCRT5000 as the sensor to identify the road some hardware circuit such as road identification circuit, motor driving circuit and etc. are designed.
Keywords： Intelligent car, The path identify ,Infrared sensor, MC9S12DG128B
single-chip
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目 录
第一章 绪论…………………………………………………………….1
1.1 引言…………………….................................................................................1 1.2 研究背景…………………………………………………………………….1 1.2.1 红外图像采集与处理技术的发展现状…………………………….2 1.2.2 智能车路径跟踪技术及其发展…………………………………….3 1.2.3 小车智能控制技术的发展………………………………………….5 1.3 研究现状与意义…………………………………………………………….6 1.4 本文主要研究内容和章节安排…………………………………………….7
第二章 智能小车控制器概述...………………………………..............9
2.1 智能小车控制器硬件电路总述……………………………………...……..9 2.2 智能小车控制器软件设计简述…………………………………...…….....10
第三章 控制器硬件电路设计………………………………………...12
3.1 电源模块设计………………………………………………………………12 3.1.1 5V电压模块设计……………………………………………………13 3.1.2 6V电压模块设计……………………………………………………14 3.2 路径探测模块设计………………………………………………………....15 3.2.1 传感器选型…………………………………………………...……..17
3.2.2 传感器布局…………………………………………………………..17 3.2.3 传感器间隔距离确定……………………………………………….18 3.2.4 径向探出距离的设计……………………………………………….18 3.2.5 探测模块控制电路设计……………………………………………..19 3.3 速度检测模块的设计……………………………………………………....20 3.4 MC9S12DG128单片机简介………………………………………………….22 3.4.1 MC9S12DG128的结构………………………………………..………22 3.4.2 MC9S12DG128引脚结构及功能介绍………………………………...25 3.4.3 单片机MC9S12DG128最小系统设计………………………….…….28 3.5 舵机驱动模块设计………………………………………………………....32 3.6 后轮电机驱动模块设计……………………………………………………32 3.6.1 驱动电机介绍………………………………………………………..32 3.6.2 电机驱动控制设计…………………………………………………..34 3.7 系统抗干扰设计……………………………………………………………36 3.7.1 干扰的产生原因……………………………………………………..37
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3.7.2 抗干扰措施…………………………………………………………..37
第四章 总结和展望……………………………………………………38
4.1 总结…………………………………………………………………….......38 4.2 展望………………………………………………………………………...38
致 谢………………………………………………………………40 参考文献………………………………………………………………41 附录A:英文资料……………………………………………………...42 附录B:英文资料翻译…………………………………………………55 附录C:硬件系统原理图………………………………………………63 附录D:硬件系统PCB图………………………………………………64 附录E:元器件清单……………………………………………………65
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第一章 绪论
1.1 引言
大学生智能汽车竞赛源自韩国，在韩国已经成功举办了五届。为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，2006年教育部高等教育司自动化专业教学指导委员会将该赛事引入我国，由清华大学主办了第一届全国大学生智能汽车竞赛。目前该比赛已经列入教育部主办的全国五大竞赛之一，是全国大学生科技创意性重要赛事。
2007年8月，第二届“Freescale”杯全国大学生智能汽车竞赛决赛在上海交通大学拉开帷幕。比赛吸引了来自全国各高校两百多支参赛队伍参加。本次比赛由飞思卡尔（Freescale）半导体公司赞助，大赛组委会提供MC9S12DG128B型单片机、直流电机、可充电电池以及一款带有差速器的后驱模型赛车，要求各参赛队在一定限制条件下设计制作一个能够自主识别路线的智能小车，在专门设计的跑道上自主寻线行驶。在保证小车运行稳定不冲出跑道的前提下，单圈成绩最短的队伍为优胜者。制作智能模型车，需要参赛队伍学习MC9S12DG128B型单片机并应用嵌入式软件开发工具CodeWarrior和在线开发手段，自行设计路径识别方案，电机驱动电路，模型车车速传感器电路等，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科，对于提高各高等院校在汽车电子领域的研究水平和加强在校学生的实践能力、创新能力和团队协作精神培养，具有良好的长期的推动作用。
1.2 研究背景
当今汽车电子化已经成为行业发展的必然趋势。据统计，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例不断上升，在一些豪华轿车上，电子产品甚至占到整车成本的50%以上。汽车电子应用已涵盖了汽车电子控制装置到车载汽车电子装置的几乎所有系统。在这样的行业背景下，教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神，培养面向未来的科技尖端人才，在已举办的全国数学建模、电子设计等4大专业竞赛的基础上，设立了第五项大学生设计竞赛—全国大学生智能汽车竞赛。
首届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛场地赛和颁奖大会已于2006年8月20—21日在清华大学综合体育馆举办。
大学生智能汽车设计竞赛，参赛者在飞思卡尔S12主控微控制器芯片的模型车体的基础上进行设计，制作出具有自主道路识别能力的智能汽车。
为汽车竞赛而设的S12平台飞思卡尔S12系列具有16位解决方案的固定优
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