基于飞思卡尔芯片的智能车设计
基于飞思卡尔芯片的智能车设计
作者：陈定光吴德林
来源：《科学与技术》 2019年第3期
摘要：本文所设计的智能车，主要选择32 位飞思卡尔芯片为控制平台，运用陀螺仪和三
轴加速度传感器检测小车直立的状态，在此信息上进一步处理以控制电机的转向和速度，通过
实时比较控制算法实现闭环反馈控制。测试表明，该智能车能够很好地进行站立、加减速和过
障碍，可以实现对应于不同形状的道路予以相应的控制策略，能够快速稳定地完成整个跑道的
行程。
关键词：32 位飞思卡尔芯片；自动寻迹；自动避障；闭环反馈控制
引言
智能车的研究始于20 世纪50 年代初美国 Barrett Electric 公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（Automated GuidedVehicle System，AGVS）。1974 年，瑞典的Volvo Kalmar 轿车装配工厂与Schiinder-Digitron 公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS 组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。20 世
纪80 年代，伴随着与机器人技术密集相关的计算机、电子通信技术的飞速发展，国外掀起了
智能机器人研究热潮，其中各种具有广泛应用前景和军用价值的移动式机器人受到西方各国的
普遍关注【1】。智能车的性能主要由机械结构、硬件和软件三部分决定。机械结构是智能车能够行驶的根本，智能车车有了一定的机械结构，再加上相应的硬件和软件，就构成了一个完整
的系统。
1.硬件设计
（1）核心板的设计
32位Kinetis系列列单片机MK60是硬件系统的核心部分【2】，用于智能车的整体控制，
包括信息的采集处理和输出，其最小系统板如图1所示。
（2）电源模块的设计
系统的正常工作要有稳定可靠的电源保障。系统中需要的电压值主要有：7V，5V，3.3 三种。7V 电压主要为电池接入口处，一路为直接为电机驱动供电，另一路经过两片LM2940 芯片
分别产生两个5V 电压值。5V 电压有两路，其中一路为光电码盘供电，另一路为稳压器1117
供电，为主控、CCD、三轴加速度陀螺仪提供3.3V 电压。这种两路5V 供电的设计，可以减小
直流电机开启瞬间电压变化影响，避免了单片机因电压值减小引起的复位及CCD 接受电压变化。
（3）电机驱动电路的设计
电机驱动模块采用BTS7970 和H 桥配合：74HC244 驱动MOS管，MOS 管驱动电机，这样不但满足电机驱动需求，而且驱动散热好，避免了温漂带来的影响。电机驱动通过IN1 和IN2 引脚输入PWM 波形，以此调节驱动OUT1，OUT2 引脚输出电压，调节电机转动速度，以及正反转
和拐弯，达到不同的控制效果
（4）编码器
汽服1103-李洋洋--飞思卡尔智能汽车方案设计
李洋洋汽服1103 0121107760321 “飞思卡尔”智能汽车 方案设计 摘要 本文设计的智能车系统以MK60N512VMD100微控制器为核心控制单元，通过线阵摄像头检测赛道信息，使用模拟比较器对图像进行硬件二值化，提取赛道中心线，用于赛道识别；通过光电编码器检测模型车的实时速度，使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。为了提高模型车的速度和稳定性，使用C#、键盘模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案确实可行。 关键字：MK60N512VMD100，CMOS，PID，C# Abstract In this paper the author will design a smart car system based on MK60N512VMD100as the micro-controller unit. We use a CCD image sensor to obtain lane image information. Then convert the original image into the binary image by the analog comparator circuit in order to extract black guide line for track identification. An inferred sensor is used to measure the car`s moving speed. We use PID control method to adjust the rotate speed of driving electromotor and direction of steering electromotor, to achieve the closed-loop control for the speed and direction. In order to increase the speed and the reliability of the car, a great number of the hardware and software tests are carried on and the advantages and disadvantages of the different schemes are compared by using the C# and the keyboard module. The results indicate that our design scheme of the smart car system is feasible. Keywords:MK60N512VMD100，CMOS，PID，C#
基于线性CCD的自主行驶小车系统的设计 毕业设计
基于线性CCD的自主行驶小车系统的设计毕业设计
摘要 本文主要设计制作一辆基于线性CCD自主循迹行驶的智能车,采用飞思卡尔半导体公司生产的32位单片机MK60DN512VLQ10作为核心处理器，主要通过TSL1401线性CCD采集赛道的一维图像信息，反馈给单片机控制舵机转向，电机调速，使小车按照事先架设好的跑道自主行驶，并且能通过ST188红外对管识别出终点（跟边线垂直的黑线段）自动停车。硬件系统由单片机模块，TSL1401线性CCD模块、电源管理模块、电机驱动模块、OLED人机交互模块、光电对管模块以及电机、舵机和编码器组成。软件系统主要由IAR进行开发，控制算法主要采用PID控制。 关键词 智能车；线性CCD；PID
Abstract This paper mainly introduces the design about a smart car with automatic tracking function based on linear CCD.The control system uses the Freescale Semiconductor's 32-bit microcontroller MK60DN512VLQ10 as the core processor.The TSL1401 linear CCD acquires one-dimensional image information, which is feedbacked to The MCU.Then the MCU controls servo’s direction, motor’s speed, so the car can automatically drive in accordance with beforehand track,identify the end(the black line vertical with sideline) and stop automatically by the ST188. The hardware system includes a microcontroller module,a TSL1401 linear CCD module,a power management module, a motor drive module, two OLED modules, four photoelectric tube modules，a motor, a servo and a encoder. The software system is developed by IAR and the control algorithm mainly uses PID control. Key words Smart Car; Liner CCD; PID
飞思卡尔智能车大赛杭州电子科技大学杭电二队智能车技术报告
本设计采用单片机（MC9S12DG128）作为智能小车的检测和控制核心。路径识别采用CMOS 摄像头，车速检测采用红外对管和编码盘，由MOS管组成H桥来控制驱动电机正反转的快速切换，利用PWM技术控制小车的运动速度及运动方向。基于这些完备而可靠的硬件设计，还设计了一套PID优化算法，编写了全闭环运动控制程序，经反复测试，取得了较好的效果。 第一章引言 .1 智能车系统研究内容 智能车系统要求以MC9S12DG128为核心，能够自主识别路线，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，以最快的速度跑完全程。其主要研究内容包括以下几个部分：电源、路径识别、直流电动机驱动及运动控制等。 1.1.1 电源 根据智能车系统各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V 1800mAh Ni-cd电池进行电压调节。其中，单片机系统、车速传感器电路需要5V电压，摄像头的12V工作电压由DC-DC升压回路提供，伺服电机工作电压范围4.8V到6V，直流电机经过H桥路由7.2V 1800mAh Ni-cd蓄电池直接供电。 1.1.2 路径识别 路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。在高速度和预先判断算法的前提下，摄像头可能是寻找路径规迹的最好选择。因为MC9S12DG128的运算处理和AD采样速度有限，因此确定合理的采样次数和合理的处理摄像头的数据是十分重要的。舍弃非关键数据进行数据简化和制定高效率的路径规划也是一个难题。 1.1.3 直流电动机驱动 直流电机的控制一般由单片机产生的PWM信号配以H桥路来完成。为了得到更大的驱动电流和较好的刹车效果，选用低内阻的MOS管和适当的反向驱动也是必需的。MOS管我们选取了IRF4905和IRFZ48N，在MOS管子的驱动方面我们直接使用IR公司的IR4427双道驱动芯片。具体的H桥电路见图1.1 。 1.2 智能车制作情况 整个智能车控制系统分为4部分电路板，分别为路径识别模块，单片机模块，直流电机驱动模块和速度检测模块，还有串口通讯及调试接口。每个模块都单独做成一块电路板，模块与模块之间通过数据线相连。下面简单介绍每个模块的结构及相互间的连接。
北航计控实验--飞思卡尔小车实验报告
成绩 《计算机测控系统》 实验报告 院（系）名称自动化科学与电气工程学院 专业名称自动化 学生学号 学生姓名 指导教师董韶鹏
2018年06月
同组同学实验编号03组 一、实验目的 1．了解计算机控制系统的基本构成和具体实现方法。 2．学会使用IAR软件的基本功能，掌握K60单片机的开发和应用过程。 3．学会智能小车实验系统上各个模块的使用，掌握其工作原理。 二、实验内容 1、了解各模块工作原理，通过在IAR环境编程，实现和演示各个模块的功能。 2、编写程序组合各个模块的功能，让小车能够沿着赛道自行行使。 三、实验原理 小车的主板如下图所示： 主板上包括Freescale MK60DN512ZVLQ10核心板，J-Link下载调试接口，编码器接口，电机驱动接口，舵机接口，CCD结构等主要功能模块接口，无线模块接口，蓝牙模块接口，OLED接口等主要功能模块和相应的辅助按键和电路。在本次实验中我们主要使用的接口为编码器接口，CCD接口，舵机接口，电机驱动接口，OLED接口来控制小车运行，采用7.2V电池为系统供电。我们采用512线mini 编码器来构成速度闭环控制，采用OV7725来进行赛道扫描，将得到的图像二值化，提取赛道信息，并以此控制舵机来进行转向。
四、实验步骤 4.1车架及各模块安装 4.1.1小车整体车架结构 车模的整体结构如上图所示，包含地盘，电机等，为单电机驱动四轮车。车模为但电机驱动，电机安装位置如下：
4.1.2摄像头的固定和安装 摄像头作为最重要的传感器，它的固定和安装对小车的影响是十分巨大的，摄像头的布局和安装取决于系统方案，反过来又会影响系统的稳定性与可靠性以及软件的编写。我们的车模为四轮车，所以摄像头架在车子的中间部分，介于电池和舵机之间，这样节省空间而且也不会让重心偏移太大，而摄像头的角度也很有讲究，角度低的时候能看到很远的赛道信息，但是图像较为模糊，不适合图像处理的编写，角度较高是，能看到的图像信息较少，但是分辨率明显更好，在程序的编写中，我们发现摄像头视野的宽广往往直接影响赛道信息提取的精准度。摄像头的安装如下图： 摄像头与支撑杆之间的安装能否稳定是整个采集图像是否可靠地重要原之一。考虑到 CCD 摄像头本身就比较笨重，要尽量减轻附加固定结构的重量。我们采用比较轻便的碳棒为支架进行安装，除了摄像头与支撑杆之间的连接会影响摄像头
飞思卡尔智能车
飞思卡尔智能车控制系统硬件设计 硬件部分：电机舵机传感器车模 电机：主要作用是产生驱动转矩，作为小车的动力源。 舵机：能够转舵并保持舵位的装置，也就是让小车拐弯的装置。 传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，在智能车中，最重要的传感器就是摄像头。 车模：智能车车架，包括底板、齿轮、车轮、电池等等。主要内容： ?MCU最小系统设计 ?电机及舵机驱动电路设计 ?光电检测电路原理与设计 ?图像检测原理与设计 1．控制系统的构成 一般控制系统由传感器、控制器和执行器组成。智能车中主要体现： 光电器件或器件构成的寻线传感器。 用于操纵小车行走和转向的执行器。 根据传感器信息控制执行器动作的控制器。 三者之间的关系可用如下的关系图描述:
飞思卡尔杯规定了比赛用车模、控制器所使用的MCU、执行器、传感器的数量等，比赛中硬件设计所涉及的主要工作是： ?设计可靠的MCU控制电路； ?执行器驱动电路； ?传感器电路； (进行硬件设计的工具很多，建议使用Protel99SE，该软件易上手、效率高，可满足一般电路设计要求。)
MC9S12DG128 的封装 2 .MCU最小系统设计 MCU最小系统设计分为供电系统设计、复位系统设计、时钟电路设计、BDM调试接口设计、串口通讯设计。 2.1 MCU供电系统设计 MCU正常工作需要合理供电，为获取良好的抗干扰能力，电源设计很重要。针对此次比赛使用的电池和MCU，在供电系统设计中要充分考虑以下因素的影响： 1.系统供电电源为7.2V镍氢电池组，不能直接为MCU
及其它TTL电路供电。 2.为保证较高的行驶速度，驱动电机需使用电池组直接驱 动，故电源电压波动较大。 3.转向用舵机工作电压为5V，其启动电流较大，如与 MCU共用5V电源，会引入较大的干扰。 4.采用三端稳压器7805存在效率低、抗干扰能力差的缺 点。 采用三端稳压器的电源设计: 升降压开关稳压电路
飞思卡尔智能车电磁组技术报告
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技术报告
摘要 本文以第十届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了基于电磁导航的智能赛车控制系统软硬件结构和开发流程。该系统以Freescale半导体公司32 位单片机MK60DV510ZVLQ100为核心控制器,使用IAR6.3程序编译器，采用LC选频电路作为赛道路径检测装置检测赛道导线激发的电磁波来引导小车行驶，通过增量式编码器检测模型车的实时速度，配合控制器运行PID控制等控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。同时我们使用集成运放对LC选频信号进行了放大，通过单片机内置的AD采样模块获得当前传感器在赛道上的位置信息。通过配合Visual Scope，Matlab等上位机软件最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。实验结果表明，该系统设计方案可使智能车稳定可靠运行。 关键字：MK60DV510ZVLQ100，PID控制，MATLAB，智能车
第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告 目录 第一章引言 (5) 第二章系统方案设计 (6) 2.1系统总体方案的设计 (6) 2.2系统总体方案设计图 (6) 电磁传感器模块 (7) 控制器模块 (7) 电源管理模块 (7) 编码器测速模块 (7) 舵机驱动模块 (8) 起跑线检测模块 (8) 人机交互模块 (8) 测距模块 (8) 第三章机械结构调整与优化 (8) 3.1智能车前轮定位的调整 (8) 主销后倾角 (9) 3.1.2主销内倾角 (9) 3.1.3 前轮外倾角 (10) 3.1.4 前轮前束 (10) 3.2 舵机的安装 (11) 3.3编码器安装 (12) 3.4车体重心调整 (12) 3.5传感器的安装 (13) 3.6测距模块的安装 (14) 第四章硬件电路设计 (15) 4.1单片机最小系统 (15) 4.2电源管理模块 (16) 4.3电磁传感器模块模块 (17) 4.3.1 电磁传感器的原理 (17) 4.3.2 信号的检波放大 (18) 4.4编码器接口 (19) 4.5舵机驱动模块 (20) 4.6电机驱动模块 (20) 4.7人机交互模块 (21) 第五章控制算法设计说明 (22) 5.1主要程序流程 (22) 5.2赛道信息采集及处理 (23) 5.2.1 传感器数据滤波及可靠性处理 (23) 5.2.2 位置偏差的获取 (25)
基于飞思卡尔芯片的智能车设计
基于飞思卡尔芯片的智能车设计 作者：陈定光吴德林 来源：《科学与技术》 2019年第3期 摘要：本文所设计的智能车，主要选择32 位飞思卡尔芯片为控制平台，运用陀螺仪和三 轴加速度传感器检测小车直立的状态，在此信息上进一步处理以控制电机的转向和速度，通过 实时比较控制算法实现闭环反馈控制。测试表明，该智能车能够很好地进行站立、加减速和过 障碍，可以实现对应于不同形状的道路予以相应的控制策略，能够快速稳定地完成整个跑道的 行程。 关键词：32 位飞思卡尔芯片；自动寻迹；自动避障；闭环反馈控制 引言 智能车的研究始于20 世纪50 年代初美国 Barrett Electric 公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（Automated GuidedVehicle System，AGVS）。1974 年，瑞典的Volvo Kalmar 轿车装配工厂与Schiinder-Digitron 公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS 组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。20 世 纪80 年代，伴随着与机器人技术密集相关的计算机、电子通信技术的飞速发展，国外掀起了 智能机器人研究热潮，其中各种具有广泛应用前景和军用价值的移动式机器人受到西方各国的 普遍关注【1】。智能车的性能主要由机械结构、硬件和软件三部分决定。机械结构是智能车能够行驶的根本，智能车车有了一定的机械结构，再加上相应的硬件和软件，就构成了一个完整 的系统。 1.硬件设计 （1）核心板的设计 32位Kinetis系列列单片机MK60是硬件系统的核心部分【2】，用于智能车的整体控制， 包括信息的采集处理和输出，其最小系统板如图1所示。 （2）电源模块的设计 系统的正常工作要有稳定可靠的电源保障。系统中需要的电压值主要有：7V，5V，3.3 三种。7V 电压主要为电池接入口处，一路为直接为电机驱动供电，另一路经过两片LM2940 芯片 分别产生两个5V 电压值。5V 电压有两路，其中一路为光电码盘供电，另一路为稳压器1117 供电，为主控、CCD、三轴加速度陀螺仪提供3.3V 电压。这种两路5V 供电的设计，可以减小 直流电机开启瞬间电压变化影响，避免了单片机因电压值减小引起的复位及CCD 接受电压变化。 （3）电机驱动电路的设计 电机驱动模块采用BTS7970 和H 桥配合：74HC244 驱动MOS管，MOS 管驱动电机，这样不但满足电机驱动需求，而且驱动散热好，避免了温漂带来的影响。电机驱动通过IN1 和IN2 引脚输入PWM 波形，以此调节驱动OUT1，OUT2 引脚输出电压，调节电机转动速度，以及正反转 和拐弯，达到不同的控制效果 （4）编码器
舵机工作原理详解及智能车单片机(飞思卡尔)控制的实现(程序)
舵机工作原理详解及单片机（飞思卡尔和51）控制的实现（程序） 1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制： 1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）； 2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动； 3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角； 4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角； 遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转 动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。
飞思卡尔智能车光电组技术报告
飞思卡尔智能车光电组技术报告 一、智能车光电组概述 智能车光电组是指智能车中的关键性能元件——光电传感器集合体。它能对车辆运动状态、线路、红绿灯等信息进行感知，实现智能驾驶的基础。智能车光电组主要 包括红外线传感器、光耦传感器、光电限位传感器等。这些传感器通过感知周围环境 中的光电信息，将其转化为电信号，再与控制电路进行通信，完成车辆的控制和判断。 二、红外线传感器 红外线传感器是智能车光电组中最常用的传感器之一，其主要作用是对赛道上各种异物或者障碍进行探测，从而实现自主避障。红外线传感器有两种，一种是红外线 避障传感器，主要检测前方是否有障碍物。另一种是寻迹传感器，主要检测车辆行进 轨迹及车轮边界。这两种传感器都通过发射一束红外线，然后检测红外线反射信号的 强弱，来判断当前道路状态。智能车中多数采用两种红外线传感器的组合，一个用于 永久性突出物体的检测和避障功能，一个用于寻迹，检测当前赛道行驶的状态。这种 组合方案在实际使用中既能够减小了智能车的体积，同时也能够同时满足避障和寻迹 两种功能的需求。 三、光耦传感器 光耦传感器主要是测量霍尔电压，电容电压，电阻电压等物理量，全局范围内掌握智能车行驶的状态，构成智能车控制系统的重要部分。通过对各种物理量的感应， 对智能车进行动态实时控制。如针对车速问题，可以采用霍尔电压测量方法，对车辆 运动状态进行简单的判断。智能车中采用光电传感器和电路配合的方法，还可以实现 车辆行驶过程中的速度随时控制和加速度调整。 四、光电限位传感器
光电限位传感器是一种可以控制智能车极限运动状态的传感器。传感器通过实时控制智能车运动状态，避免车辆因超出极限而出现事故。光电限位传感器一般分为三种，分别是机械限位传感器、磁性限位传感器和光电限位传感器。传感器固定在车架上，在车辆行驶过程中限定车辆的行驶限度，从而确保车辆的安全性。 五、结论 智能车光电传感器组是智能车控制系统中的重要组成部分。它通过对周围环境的感知和探测来确保车辆的安全和自主导航。而红外线传感器、光耦传感器以及光电限 位传感器是三种主要的光电传感器，其通过感知前方障碍物、车速和车极限运动状态，实现智能驾驶中的核心控制与决策，成为智能车控制系统中不可或缺的组成部分。
飞思卡尔智能车制作
飞思卡尔之迟辟智美创作 制作过程，记得要看哦！ (自己在很久以前做的一辆用来角逐的智能车--获得华北一等奖,全国二等奖,有许多可改进处所.) 下面我们来立即开始我们的智能车之旅: 首先,一个系统中,传感器至关重要.
"不论你的CPU的速度如何的快,通信机制如何的优越,系统的精度永远无法超越传感器的精度" .是的,在这个系统中,传感器的精度,其准确性就显得至关重要.如果你问我传感器的电路,呵呵,我早就和年夜家分享了,在我发表的日志中,有一篇<<基于反射式距离传感器>>的文章就详细的说明了传感器的硬件电路以及可以采用的信号采样方式. 传感器装置成一排,如上面排列.(就是个一字排列,没有什么特别) 接下来,看看我们如何处置传感器获得的信息:
年夜家看到了.结构很简单,我们已经搞定了传感器通路.下面我们来看看多机的控制方面的问题: 其实,不论是廉价还是比力贵的舵机,都是一样的用法.舵机的特点就是分歧的占空比如波就对应着舵机的分歧转角.固然分歧的舵机有分歧的频率要求.比如我用的这个舵机:方波频率50HZ.怎么改变占空比?这个不就是PWM模块的功能嘛.PWM模块可以输出任意占空比的方波.只要你控制其中的占空比寄存器,就可以直接控制舵机的转角.你只要将传感器的状态和这个占空比对应上,不就OK了?就这么简单,做到这里,你就可以让你的车在跑道上跑了! 接下来,我们的工作是让智能车更加完善:速度要稳定. 在以后的系统结构中,要使一个系统更稳定更可靠,闭环系统是一个选择.(如果你不知道什么是闭环系统,可以参照我的文章里面的一篇"基于单片机的PID机电调速"),既然是一个闭环系统,速度传感器是必不成少的,用什么样的传感器做为速度反馈呢:
基于STM32的飞思卡尔智能车硬件平台设计与搭建测试
基于STM32的飞思卡尔智能车硬件平台设计与搭建测试冯梓安;邓超颖;何浩川 【摘要】针对飞思卡尔智能车,设计以STM32为控制系统核心的硬件平台,介绍了飞思卡尔智能车硬件平台的设计思路与方法,分析了飞思卡尔智能车硬件平台的设计及其搭建测试.测试结果表明,该设计方案稳定可靠,具有一定的实用价值和研究意义. 【期刊名称】《机械工程师》 【年(卷),期】2019(000)005 【总页数】4页(P43-45,48) 【关键词】飞思卡尔智能车;STM32;硬件平台 【作者】冯梓安;邓超颖;何浩川 【作者单位】华南理工大学广州学院,广州 510800;华南理工大学广州学院,广州510800;华南理工大学广州学院,广州 510800 【正文语种】中文 【中图分类】TN92 0 引言 最近这几年，正因为无人驾驶，所以智能车成为了热门。其中比较引人注目的是麻省理工学院的团队做的一台小型自动驾驶智能车“RACECAR”，其用于教学和研究。国内也有类似的竞赛，其中高校中最为吸引人的便是飞思卡尔智能车竞赛。飞
思卡尔智能车是韩国飞思卡尔半导体公司资助下的全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的智能车。随着全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的推广，越来越多的相关的智能车也相应兴起，许多高校也开始以智能车为主题，开始相应的教学研究。同时在芯片选型以及硬件设计上对不同的智能车也各有针对性。目前智能车使用的主流芯片大部分选用的是C51、Arduino、STM32等，其中STM32是意法半导体旗下的一个系列的微控制器，该芯片系列众多，芯片资源丰富，适用于各个领域。因其工具及库的普及与完善，越来越受到开发者的喜欢。相对于前两者，STM32性能强大，外设丰富，易于开发,因而越来越受到大家的重视。随着智能车相关方面的快速发展，人们对智能车需实现的功能越来越多，因此硬件模块化的趋势成为主流，而处理速度较慢、功能资源较少的控制芯片已经不能很好地适应市场需求。文中设计的硬件平台，不仅要实现其所规定的功能，还要有很强的抗干扰性能、高可靠性以及良好的可扩展性，并且具备一定的通用性，能适用于各类智能车的控制。接下来重点介绍飞思卡尔智能车的硬件平台的设计搭建及其测试。 1 飞思卡尔智能车硬件平台的设计需求分析 硬件平台的设计方案如图1所示。在设计的过程中，需要考虑到智能车的整体的形状尺寸，所需要实现的功能，易于更换芯片等。因此，硬件平台采用模块化的设计理念。该硬件平台具有如下特点：1）控制芯片便于更换；2）根据实际情况分不同接口来连接不同的模块；3）具备一定的防护性能，不易损坏；4）具有专用性，只应用于智能车的控制；5）具有通用性，可适用于各类型的智能车控制。图1 飞思卡尔智能车硬件平台的设计方案 2 飞思卡尔智能车硬件平台的设计方案 飞思卡尔智能车硬件平台设计的依据如图2所示，所以要针对其进行控制器的设计和驱动器的设计：基于STM32F407芯片进行独立的核心控制模块设计来解决更换的问题，同时根据基本的智能车需求，设计相应的电源模块、按键模块、通信
基于Freescale S12微控制器的高速智能寻迹车设计与实现
基于Freescale S12微控制器的高速智能寻迹车设计与实现王琪;程飞;陈四杰;葛秀梅;王维西 【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2012(026)001 【摘要】The intelligent tracing car are widely used in the industry, its efficiency and stability are important to an intelligent system. In order to improve the running velocity and stability, the intelligent tracing car adopt on a high-performance MCU named Freescale S12. It uses laser sensors to trace black route. According to research about the motor and steering engine, a lane detection control strategy is creatively presented based on the sensors servo. The experiment shows that the intelligent tracing car can accurately trace the black route with high velocity.%智能寻迹车在工业领域具有广泛的用途,智能寻迹车的运行速度和稳定性直接影响到系统的工作效率.为了提高系统的运行速度与稳定性,设计并实现了一种基于高性能的Freescale S12系列微控制器的智能寻迹车.采用激光传感器探测黑色路径的位置,通过对电机调速模块、传感器随动舵机控制模块和前轮转向控制模块的研究,提出了一种传感器随动的寻迹控制策略,实现了小车自动沿黑色路径行驶.经测试智能车速度快,跟踪黑色路径准确. 【总页数】6页(P75-80) 【作者】王琪;程飞;陈四杰;葛秀梅;王维西
智能车速度控制系统的设计与实现
引言 在智能车竞赛中，速度控制不能采用单纯的PID，而要采用能够在全加速、紧急制动和闭环控制等多种模式中平稳切换的“多模式”速度控制算法，才能根据不同的道路状况迅速准确地改变车速，实现稳定过弯。 系统硬件设计 按照竞赛要求，本文设计的智能车速度控制系统，以飞思卡尔MC9S12DG128 单片机为核心[1]，与车速检测模块、直流电机驱动模块、电源模块等一起构成了智能车速度闭环控制系统。单片机根据赛道信息采用合理的控制算法实现对车速的控制，车速检测采用安装于车模后轴上的光电编码器，直流电机驱动采用了由四个MOS管构成的H桥电路如图1所示，电源模块给单片机、光电编码器和驱动电机等供电。 系统建模 一个针对实际对象的控制系统设计，首先要做的就是对执行器及系统进行建模，并标定系统的输入和输出。为了对车速控制系统设计合适的控制器，就要对速度系统进行定阶和归一化[2]。对此，分别设计了加速和减速模型测定实验。通过加装在车模后轮轴上的光电编码器测量电机转速。编码器齿轮与驱动轮的齿数比为33/76，编码器每输出一个脉冲对应智能车运动1.205mm。车模可以通过调节加给电机的PWM波的占空比进行调速。单片机上的PWM模块可以是8位或16位的，为了提高调速的精度，电机调速模块选用16位PWM，其占空比调节范围从0到65535，对应电机电枢电压从0%到100%的电池电压。 将车模放置在一段长直跑道上，采用开环方式给驱动电机加上不同的电压，记录车模在速度进入稳定后的速度值。然后将所测得的电枢电压与车速进行拟合的曲线如图2所示，由图1可将智能车加速模型近似为线性模型。
根据实验数据可以确定车速执行器系统的零点和增益。车速V与占空比PWM_Ratio 的关系见公式1： V = PWM_Ratio×402 + 22000 (1) 其中：PWM_Ratio的取值范围为0-65535 车模减速有三种方法：自由减速、能耗制动和反接制动。自由减速动力来自摩擦阻力，基本认为恒定。能耗制动是将能量消耗到电机内阻上，制动力随着车速的降低而降低，也可通过控制使加速度减小得更快。反接制动通过反加电压实现，制动力与所加的反向电压有关。 由于轮胎抓地力有限，制动力超过一定值后会发生轮胎打滑的情况。一旦发生打滑，会使刹车距离变长，过弯半径变大。如果能使刹车力始终控制在临界打滑点上，则可以获得最短的刹车距离。在这三种减速方法中，只有反接制动可以根据不同的车速给出不同的反接刹车力，让车速以最大斜率下降。因此，通过大量实验测定出不打滑的最高刹车电压，最高不打滑划占空比约为55000。因为不同赛道会有差异，在编程时留有了余量。以震荡作为识别车模在刹车时是否打滑的标志。可以分取几个典型的车速，让车模在直道上加到预设的速度，然后分别用一组反接电压进行反接制动，观察并记录最高不打滑的刹车电压。这样，每个典型车速都得到一个对应的最大刹车电压。将最大不打滑反接电压与车速对比后，发现最大不打滑反接电压与车速成比例关系。考虑直流电机的模型，外部电压加到电机电枢上时，电机转子开始转动，产生反电势，此电压与车速成正比例关系。当转子上产生的反电势等于外加电压后，电机速度达到稳态。因此，反接制动电压减去电机产生的反电势之后剩下的电压部分才是用于减速的。在车模要减速的时候，可以先通过当前车速计算出转子的反电势，然后在这个基础上再叠加一个反接制动电压，送到执行器上。 车模前进的阻力主要分为地面滑动摩擦力和风阻，车模在行驶过程中质量保持恒定不变。在车速较低的情况下，风阻也可认为是恒值。结合以上实验数据和推理可知，车速模型的主要部分为一阶惯性环节。 速度控制策略
基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计
基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计 基于飞思卡尔单片机的智能车及其调试系统设计 摘要：本文介绍了一种基于飞思卡尔单片机的智能车设计方案，并详细阐述了其调试系统的设计和实现过程。通过对传感器、驱动器和控制算法的整合与优化，实现了智能车对环境的感知、路径规划和自主导航功能。调试系统包括软件调试和硬件调试两个方面，通过实验验证了系统的可行性和稳定性。实验结果表明，该智能车具备了较高的精确性和响应速度，能够在复杂的环境中实现准确导航。 关键词：飞思卡尔单片机；智能车；调试系统；感知；路径规划；自主导航 1.引言 智能车作为人工智能领域的一个重要应用方向，在交通运输、环境监测等许多领域有着广泛的应用价值。随着单片机技术的不断发展和普及，基于飞思卡尔单片机的智能车设计方案逐渐成为研究的热点。本文旨在利用飞思卡尔单片机开发一种具备感知、控制和规划等功能的智能车，并设计相应的调试系统来验证其工作状态和性能。 2.智能车硬件设计 智能车的核心是以飞思卡尔单片机为主控制器的控制系统。该系统由多个模块组成：传感器模块、驱动器模块、通信模块和电源管理模块。传感器模块用于感知环境，包括超声波传感器、红外传感器等。驱动器模块用于控制车轮的转动，实现车辆的前进、后退和转向功能。通信模块用于与外部设备进行数据交互，电源管理模块用于管理车辆的电力供应和充放电管理。 3.智能车软件设计
智能车的软件系统主要包括感知模块、控制模块和规划模块。感知模块利用传感器获取环境信息，并将其转化为数字信号。控制模块根据感知模块的数据进行判断和决策，控制车辆的运动。规划模块根据车辆当前位置和目标位置，采用路径规划算法计算最优路径，并通过控制模块实现车辆的导航功能。 4.智能车调试系统设计 智能车的调试系统包括软件调试和硬件调试两个方面。软件调试主要涉及程序的编写、调试和验证，通过仿真、调试和测试等手段，确保软件系统的正确性和稳定性。硬件调试主要涉及电路连接、传感器的调试和驱动器的测试，通过检查电路连通性、校准感知模块和测试驱动器的工作状况来验证硬件系统的可靠性和性能。 5.实验与结果分析 通过对智能车的调试系统进行实验验证，获取了系统的性能指标和实际工作状态。实验结果表明，智能车具备了较高的准确性和响应速度，能够在复杂的环境中实现准确导航。 6.结论 本文设计了一种基于飞思卡尔单片机的智能车方案，并详细介绍了其调试系统的设计和实现。通过对该智能车的调试和实验验证，证明了该系统具备较高的稳定性和性能。该智能车可以在各种环境下提供精确的导航功能，有着广泛的应用前景。 7. 综上所述，本文设计了一种基于飞思卡尔单片机的智能车方案，并详细介绍了其调试系统的设计和实现。通过对智能车的调试和实验验证，证明了该系统具备较高的稳定性和性能。智能车能够利用感知模块获取环境信息，通过控制模块进行判
飞思卡尔智能车简介
智能车制作 F R E E S C A L E 学院：信息工程学院 班级：电气工程及其自动化132 学号：6101113078 姓名：李瑞欣 目录： 1. 整体概述 2．单片机介绍 3．C语言
4．智能车队的三个组 5．我对这门课的建议 一、整体概述 智能车的制作过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作。内容涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科多专业。 下面是一个智能车的模块分布： 总的来说智能车有六大模块：信号输入模块、控制输出模块、数据处理模块、信息显示模块、信息发送模块、异常处理模块。 1、信号输入模块： 智能车通过传感器获知赛道上的路况信息（直道，弯道，山坡，障碍物等），
同时也通过传感器获取智能车自身的信息（车速，电磁电量等）。这些数据构成了智能车软件系统（大脑）的信息来源，软件系统依靠这些数据，改变智能车的运行状态，保证其在最短的时间内按照规定跑完整个赛道。 2、控制输出模块： 智能车在赛道上依靠转向机构（舵机）和动力机构（电机）来控制运行状态，这也是智能车最主要的模块，这个模块的好坏直接决定了你的比赛成绩。 电机和舵机都是通过PWM控制的，因此我们的软件系统需要根据已有的信息进行分析计算得到一个合适的输出数据（占空比）来控制电机和舵机。 3数据处理模块： 主要是对电感、编码器、干簧管的数据处理。信号输入模块得到的数据非常原始，有杂波。基本上是不能直接用来计算的。因此需要有信号处理模块对采集的数据进行处理，得到可用的数据。 4信息显示模块： 智能车调试过程中，用显示器来显示智能车的部分信息，判断智能车是否正常运行。正式比赛过程中可关闭。主流的显示器有:Nokia 5110 ,OLED模块等，需要进行驱动移植。 5信息发送模块 智能车的调试过程中，我们需要观察智能车的实时状态（采集的信号是否正
循迹避障小车设计报告
循迹避障小车设计报告
项目名称：智能小车 系别：信息工程系 专业：11电气工程及其自动化姓名：刘亮、崔占闯、韩康 指导老师：王蕾
目录 摘要： (3) 关键词： (3) 绪论： (3) 一、系统设计 (4) 1.1、任务及要求 (4) 1.2车体方案认证与选择 (4) 二、硬件设计及说明 (5) 2.1循迹+避障模块 (5) 2.2主控模块 (6) 2.3电机驱动模块 (6) 2.4机械模块 (7) 2.5 电源模块 (7) 三、自动循迹避障小车总体设计 (7) 四、软件设计及说明 (8) 4.1系统软件流程图 (9) 4.2系统程序 (9) 五、系统测试过程 (12) 六、总结 (13) 七、附录：系统元器件 (13)
车的行进方向。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。 （二）智能小车的现状 现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我们此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。 一、系统设计 本组智能小车的硬件主要有以STC89C52单片机作为核心的主控器部分、自动循迹+避障部分、电机驱动部分。电机驱动部分和其他部分由一个电源通过串联供电。 小车硬件系统示意图如下：