MC9S12XSl28微控制器的智能车硬件设计
基于MC9S12XS128的电磁智能小车的硬件设计_高海沙
《微型机与应用》2016年第35卷第7期基于MC9S12XS128的电磁智能小车的硬件设计高海沙，丁晓慧（商丘学院，河南商丘476000）摘要：若要实现小车的直立行走，应该构建良好的硬件平台。
本文按照电磁车体系结构，简单介绍了智能小车的硬件设计模块，主要包括电源、核心控制、传感器、执行机构和人机接口等部分。
各部分相互协调，最终使小车能够在最短的时间内沿着规定的轨迹快速稳定地运行。
关键词：MC9S12XS128单片机；传感器；电机中图分类号：TN9文献标识码：A文章编号：1674-7720（2016）07-0028-02引用格式：高海沙，丁晓慧．基于MC9S12XS128的电磁智能小车的硬件设计［J ］．微型机与应用，2016，35（7）：28-29．The hardware design of the intelligent electromagnetic car based on the MC9S12XS128Gao Haisha ，Ding Xiaohui（Shangqiu University ，Shangqiu ，476000，China ）Abstract ：As everybody knows that it should create a good hardware platform before the car can go standly．This article introduces the hardware design modules of the intelligent car which includes the power ，the core controller ，the sensors ，the executing agency ，the HMI and so on．All of the modules should be coherent with another so that the intelligent car can go fast and stablely along the set track using the shortest time．Key words ：MC9S12XS128；sensors ；electrical machine引言图1整体框架图随着电子技术的不断发展［1］，能够自动进行识别轨迹的智能小车得到了广泛的应用［2］。
两轮自平衡智能车硬件系统计
两轮自平衡智能车硬件系统计摘要：针对智能车为两轮直立行走的要求，提出了系统的设计方案。
微处理器采用MC9S12XS128，用加速度传感器检测车的倾角，陀螺仪检测车的角加速度；通过控制两个电机的加减速实现车的自平衡控制。
实验表明：该方法制作的两轮自平衡车构造简单，控制方便，能够较好的实现自平衡控制。
关键词：自平衡；智能车；传感器；驱动两轮自平衡小车本质上是一类两轮智能机器人，是机器人研究领域中一个崭新的方向。
与传统的机器人相比，它具有更广阔的发展前景。
开展该领域的研究，对拓展机器人的应用范围、提高国内两轮机器人的研究水平和机器人控制水平有重要的理论和现实意义。
本文以MC9S12XS128为微处理器，采用MMA7260加速度传感器和NEC-03陀螺仪共同检测车模的角度信息，通过控制两个电机的加减速度来实现了智能车的自平衡控制，实验表明：该方法制作的两轮自平衡车构造简单，控制方便，适应性强、响应迅速快，能够较好的实现自平衡控制并有很强的抗干扰能力。
1.设计原理两轮车是一个高度不稳定系统，在重力作用下车体姿态本征不稳定，致使在没有外加调控下必然倾倒的现象。
因此，要保持车的平衡只有通过控制轮子转动，抵消车体倾斜的趋势以保持平衡。
为了保持智能车的直立自平衡状态，需要满足以下两个条件：一是需要准确测量车体的倾角和角加速度的大小，以得到车的状态和趋势；二是需要控制车轮的速度和加速度，使智能车保持直立的状态。
因此，从控制角度来看，将智能车作为一个控制对象，两个车轮的转动速度为控制输量。
整个控制系统又可分为三个子系统：（1）智能车的平衡控制：车的倾角为输入量，通过控制两个电机的加速度保持小车衡。
（2）智能车的速度控制：在保持平衡的基础上，改变车的倾角来调节车的速度，实际上还是通过对电机的控制来实现速度控制。
（3）智能车方向控制：控制两个电机的转速差来实现车的转向。
2.自平衡智能车系统结构自平衡智能车系统主要包括系统主要由以下几个模块组成：MC9S12XS128单片机最小系统硬件设计、电源模块硬件设计、倾角传感器信号调理电路设计、电机驱动电路设计、速度检测电路。
基于MC9S12XS128单片机的循双线智能小车系统设计
户 占用一个 Ｉ Ｐ地址 ，进而可以与多个用户共享资源数据。
（ ２ ）基于标准数据通信协议 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 业 务 ，可 以实现 Ｉ Ｐ传 输数据 实现 网络的互通 。全 双工运作 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ保证 了系统 的接受和传输功能 ， 并且计费是按照具体 网络流量来 收取 。
（ ３） 核心层采用 Ｉ Ｐ技 术 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 业 务 ，可 以支 持 多种 网络
４ 系统 工作 的原 理
Ｐ Ｌ Ｃ通过读取寄存器 Ｉ ＷＯ的状态 ，并通过 ４ ８ ５总线将
的互通传输 ，进而可 以实现各种终端的远程传输功能。
３ Ｉ ２ 与 其他 无 线通 讯 方 式 比较
各种数据通过串 口发送 到 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ通信模块 ，Ｐ Ｌ Ｃ每定时 ２ ０ ｓ
将 现场数据 发送 到 Ｄ Ｕ Ｔ，每黄劲．基 ＠Ｓ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ 技 术的煤矿远程监控 系统
Ｕ ］ ． 工矿 自动 化 ，２ ０ ０ ３ ， （ １ ）．
１ ０
此外 ，还增加 了功能选择按键 作为智 能车的 作方 式的快
设 计 中，使用 两排 “ 一字型 ”的传感器 ，各带 有四个一对
组网灵活 ， 采用专用数据传输通道 ， 比较适合于恶劣环境 。
５ 结语
本 文设 计 的系统 已在工程得到应用 ，水泵可 以得 到远 程的控 制 ， 上位机接受各个参量的数据的能力非常的稳定 ，
缺点是对 于同一频点上 ，同时 只能有 一个设备发送数 据 ，
加上 网络覆 盖面积小 ，容量有 限 ，网络后期的运营成本 相
同时设 置波特率 、数据位 、奇偶校 验位等信息 ，数据通过 ４ ８ ５总线的数据 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ网络输出到 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ收发软件 ，并再将
毕业设计---基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计
摘要新一代汽车研究与开发将集中表现在信息技术、微电子技术、计算机技术、智能自动化技术、人工智能技术、网络技术、通信技术在汽车上的应用。
智能汽车是是现代汽车发展的方向。
大学生智能车比赛是智能汽车设计的一个实践平台，光电传感器的自动循迹智能车系统，采用光电传感器作为道路信息的采集传感器，单片机为控制系统的核心来处理信号和控制小车行驶。
MC9S12系列单片机在汽车电子控制领域得到广泛应用。
本课题就是利用Freescale的MC9S12XS128微控制器对智能车系统进行设计。
智能车系统设计包括硬件电路和控制软件系统的设计。
硬件系统使用专门软件Altium Designer设计。
硬件电路系统主要包括freescale单片机最小系统、电源管理系统、路径识别与检测系统、电机驱动系统。
而控制系统软件的设计主要包括单片机的初始化、PID控制算法、路径识别算法、舵机控制算法、速度控制算法。
软件设计是用Freescale公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
最后完成了整个自动循迹智能车系统设计。
关键字：智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID;I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计ABSTRACTThe design of autoguiding smartcar system based onphotoelectric sensorN ew generation automobile development and researched focus on information technology, microelectronic technology, computer technology, intelligent automation technology, artificial intelligence technology, networking technology, communication technology and so on. The intelligent automobile is the direction in which the modern automobile developed.The university students intelligence vehicle competition is a practice platform in which intelligence automobile designed , we use the photoelectric sensor as gathering sensor to take path information , The microcontroller is used as the control system core ,and process the signal, and controls car to run . signal-chip microcomputer MC9S12 series be widespread utilized in the automobile electronic control domain. I use the Freescale microcontroller MC9S12XS128 to design the intelligent vehicle system. The design of intelligent vehicle system including hardware circuit and control software system. I adopt the software of electronics design Altium Designer to complete designing the hardware . Hardware circuit system mainly includes the freescale ’s Single-chip Microcomputer smallest system, the power source management system , the way recognition and the detecting system, the motor-driven system. But the control software system mainly includes Single-chip Microcomputer 's initialization, the PID control algorithm, the way recognition algorithm, the steering engine control algorithm, the speed control algorithm . It uses Freescale Corporation's Codewarrior as the software development ,the simulation and downloading…s platform in the software designing . Finally The design of auto track smartcar system based on photoelectric sensor is completed.Key words: Intelligent vehicle; photoelectric Sensor; auto track; Control algorithm ;PID；II摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 插图清单 (I)第1章绪论................................................................................................................. - 1 -1.1 毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）............................................. - 1 -1.2 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势..................................................... - 2 -第2章控制系统整体方案设计................................................................................... - 3 -2.1 整体设计方案概述........................................................................................... - 3 -2.2 控制系统整体方案设计................................................................................. - 4 -2.2.1 模型车硬件整体方案设计...................................................................... - 4 -2.2.2 系统软件模块分析 ................................................................................. - 7 -2.2.3 控制算法设计方案 ................................................................................. - 8 -第3章单片机最小系统模块....................................................................................... - 9 -3.1 单片机以及最小系统简介............................................................................... - 9 -3.2 MC9S12XS128最小系统设计 ...................................................................... - 9 - 第4章电源管理模块................................................................................................. - 11 -第5章路径识别模块和测速检测模块..................................................................... - 13 -5.1 路径识别模块................................................................................................. - 13 -5.1.1 光电传感器 ........................................................................................... - 13 -5.1.2 光电传感器发射与接收电路设计 ....................................................... - 13 -5.1.3 路径识别传感器布局设计 ................................................................... - 14 -5.2 测速检测模块 .......................................................................................... - 16 -第6章电机驱动模块................................................................................................. - 19 -6.1 直流电机驱动模块......................................................................................... - 19 -6.1.1 电机的工作原理 ................................................................................... - 19 -6.1.2 MC33886介绍....................................................................................... - 21 -6.1.3 PWM信号控制电机的转速.................................................................. - 22 -6.2 舵机驱动模块............................................................................................... - 23 -第7章智能车软件的设计......................................................................................... - 29 -7.1 单片机初始化................................................................................................. - 30 -7.2 PID控制算法 ............................................................................................... - 32 -7.3 路径识别算法............................................................................................... - 34 -7.4 舵机控制算法............................................................................................... - 34 -7.5 速度控制算法............................................................................................... - 36 -I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计第8章开发制作与调试............................................................................................. - 38 -8.1 CodewarriorV4.7软件及其应用.................................................................. - 38 -8.2 BDM for S12的使用.................................................................................... - 43 -结论和展望................................................................................................................... - 44 - 致谢........................................................................................................................... - 45 - 参考文献....................................................................................................................... - 46 - 主要参考文献摘要....................................................................................................... - 48 - 附录A ........................................................................................................................... - 50 -II插图清单图2-1 系统信息的控制流程图....................................... - 4 - 图2-2 智能车控制系统整体结构图................................... - 5 - 图2-3 系统硬件结构图............................................. - 6 - 图2-4 系统软件结构............................................... - 7 - 图3-1 最小系统原理图和PCB图.................................... - 10 - 图4-1 电源系统结构框图.......................................... - 11 - 图4-2 LM7805电路图.............................................. - 12 - 图4-3 LM7806电路图.............................................. - 12 - 图5-1 光电传感器的基本组成...................................... - 13 - 图5-2 单对红外传感器电路图...................................... - 14 - 图5-3 红外探测布局的PCB图...................................... - 16 - 图5-4 霍尔原理.................................................. - 17 - 图5-5 霍尔测速电路图............................................ - 18 - 图6-1 H桥式电机驱动电路......................................... - 20 - 图6-2 H桥电路驱动电机顺时针转动................................. - 20 - 图6-3 H桥电路驱动电机逆时针转动................................. - 21 - 图6-4 MC33886电机驱动原理图..................................... - 22 - 图6-5 舵机工作原理示意图........................................ - 24 - 图6-6 舵机输出转角与控制信号脉宽之间关系........................ - 25 - 图6-7 不同占空比的PWM波形控制的转向伺服电机状态图.............. - 26 - 图6-8 转向伺服电机控制方法图.................................... - 27 - 图6-9 舵机转角控制模块程序流程图................................ - 28 - 图7-1 光电传感器方案主程序流程图................................ - 29 - 图7-2 典型PID控制结构.......................................... - 33 - 图7-3 舵机控制流程图............................................ - 35 - 图7-4 速度控制流程图............................................ - 37 - 图8-1 CodearrierV4.7 创建新的工程窗口........................... - 40 - 图8-2 CodearrierV4.7的工程的初始设置窗口........................ - 41 - 图8-3 CodearrierV4.7的编译窗口.................................. - 42 -图8-4 BDM的PCB原理图........................................... - 43 -I第1章绪论自动循迹智能车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。
基于MC9S12XS128微控制器智能车的软件设计
目录摘要 (III)关键字 (III)Abstract (IV)Key words (IV)第一章绪论 (1)1.1 背景 (1)1.2 现状 (1)1.3 技术路线 (1)1.4 本文结构 (2)第二章MCU (3)2.1 什么是MCU？ (3)2.2 MC9S12XS128微控制器 (4)第三章开发环境 (6)3.1 CodeWarrior介绍 (6)3.1.1 新建工程 (7)3.1.2 编写代码 (7)3.1.3 编译和仿真 (7)3.1.4 调试程序 (7)3.2 编程语言 (8)3.3 规范化代码 (8)第四章总体设计 (9)4.1 硬件设计 (9)4.2 软件设计 (10)第五章软件设计 (12)5.1 系统模块初始化 (12)5.1.1 PLL (12)5.1.2 PIT (13)5.1.3 ADC (14)5.1.4 PWM (15)5.2 路面信息采集 (16)5.2.1 数字滤波 (17)5.2.2 黑线识别 (17)5.2.3 起始线、十字线、窄道和坡道 (18)5.2.4 黑线坐标计算 (19)5.3 PID控制算法 (19)5.4 无线传输 (21)5.5调试过程 (23)第六章设计总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)附录一 (27)附录二 (27)附录三 (28)附录四 (28)附录五 (29)附录六 (30)附录七 (34)附录八 (35)致谢 (40)基于MC9S12XS128微控制器的智能车软件设计与实现摘要2006年，第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛在清华大学举行，随着2009年第四届竞赛的成功举办，该竞赛的影响力越来越大。
竞赛要求在组委会提供的赛车模型上，使用飞思卡尔半导体公司的8位或16位微控制器，通过自行增加传感及驱动电路，和编写相应控制软件，制作一个能自主识别道路的赛车，按照规定路线行驶，以完成时间最短者为胜。
因此，在智能车制作中，控制软件的设计和编写是非常关键和重要的技术。
基于MC9S12XS128单片机的智能车控制系统的设计
文章 编号 ： １ ０ ０ ２— ５ ６ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ — ０ １ ０ ６—随着 自动 控 制技 术 、 单 片 机
源 由寿命长 、 污染 小 的 ７ ． ２ Ｖ镍 镉充 电 电池 提供 ， 由 于各 模块所 需 电压不 一 样 ， 采 用稳 压 芯 片 对其 进 行 分压 ， 同时采用 多路供 电 ， 以减 少各模 块 问的相 互干
和Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件对程 序 和参数 进 行调 试 ， 使 小车 达
到最佳 行驶 状态 ．
图 １ 硬 件 系 统 构 架
１ 系统 硬 件 总 体 构架
良好 的 硬件 电路 是 智 能 车平 稳 快 速 前 行 的保 障， 因此设 计过程 中要 充分考 虑其 可靠性 、 简 洁性和 兼容 性． 其 硬件 系统框 架如 图 １ 所 示．
该点 的一个 邻 域 中各 点 像 素值 的 中值 代替 ， 使 其 接
近真 实值 ． 如 图 ６和 图 ７所 示 ， 加入 噪点后 的 图像经
１ ０ ８
华
北
水
利
水 电
学
院
学
报
２ ０ １ ３年 ２月
过 处理后 ， 满 足系统 的要求
１１ １ １ １ １１ １ １１ １ １１ １ １ １１ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １ １ １１ 工 １ １１ １ １１ １ １上 土 ｔ １１ １ １１ １ １ １土 土 １ １ １ １ １ Ｏ １ １ １ １ － ｍ １ １ １ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １ １ １１ 土 １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １ １ １ ｌ ｏ ｌ １ ｌ ｌ ｌ ｌ １ １ ｌ ｌ ｌ ｌ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １ １ 土 １ １ １１ １ １ １ １１ 土 １ １ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ １１ １ １ 土 ｔ １ １１ 土 １ １１ １ １ １ １１ １１ １１ １ １１ １ １１ 土 １ １ １１１ １ １ １１ １１ 土１１ １ １ １ １１ １ １ １ １ １１ １ 土 １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １１ １１ １ １１ １ １ １１ １土 １ １１ １ １１ 土 １ １ １１ １ １ 土 １ １土 １ 量 １１ １１ １１１ １ 工 １ １１ １ １ １ １ １１ １ １ １ １ １ １１ １１ １工 土 １１ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １１ １１土 １ １ １ １１ １ １ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １１ １量 １ １１ １ １ １１ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ － ｍ－ ｍ－ ｍ－ ｍ－ ｍ １ 土 １ １ 土 １１王１ｏｏ１置１１１１１１１１１１１１１１１１ １ １１１１１ １ Ｉ Ｏ ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １１土ｏ０００ １土土１土１土１１１１土土１１１１土１１土ｏ １１１－ ｍ Ｏ１１１１１－ Ｉ 土 １ １ １ １ １ １ １ ０ ０ １ １ １ 土 １ １ １ １ １ １ １ １ － ｍ ＯＯ－ ｍ １ ｉ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ Ｏ １ １ １ １ １ 王 １ １ 土 １ １ １ Ｏ ０ １ １ １ １ 土 １ １ 童 １ 量 １ 土 ０ Ｏ １ 土 土 １ １ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ 土 １ １ １ １ １ Ｏ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ Ｏ １ 工 １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ － ｍ １ １ １ １ １ １ １ １ 土 １ ｏＯ １ － ｍ １ １ １ １ 土 １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ － ｍ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ｏ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ １ － ｍ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ ０ ０ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ Ｏ １ １ １ １重 １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ １ １ １ １ １ １ Ｉ １ ０ ０ Ｏ Ｏ １ １ １１ １ － ｍ １ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ － ｍ １ － ｍ １ １ １ １ １ － ｍ １
基于MC9S12XS128单片机的智能小车设计与实现
Ｄ2 ＬＥＤ0
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GＮＤ
图 ２ 红外对管硬件电路图
图 ４ 无线通信模块
2
等： 基于 ＭＣ ９ Ｓ １ ２ Ｘ Ｓ １ ２ ８ 单片机的智能小车设计与实现 纪 秀，
１ １ ３ 前进的信息尽量节省时间 。 当红外检测两车距离小 于１ 后车减速避免撞车 。 并且进入超车区 ， ５ｃ ｍ 时， 通过乙车循迹完成超车并进入普通行车道后向甲车 这时乙车减速运行 ， 甲车加速运 发出完成超车指令 ， 行， 直 至 两 车 接 近 安 全 距 离 边 缘， 完成整个超车 过程 。 （ ） 角色互换 ３ 当检 测 到 起 始 线 时 标 记 清 零 ， 并通过无线通讯 进 行 两 车 通 信， 甲 乙 两 车 实 现 角 色 互 换， 重新执 ） 。 行（ １
电源
电机驱动模块
循迹模块
ＭＣＵ
测距模块
无线收发模块
声光报警
图 １ 系统结构图
２ 智能小车控制系统设计
智能小车控制系统包含以下功能模块 。 ２． １ 直流调速模块 由于 ＰＷＭ （ 调速系 Ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ Ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ） 仅靠电枢电感的滤波作用就可 统的开关频率较高 ， 以获得脉动很小的直流电流 ， 电枢电流容易连续 ， 系
２． ３ 红外测距模块 在设 计 中 ， 为了防止两车相撞而安装了２个红 外测距装置 。 当后车将要撞到前车时后车将减速行 驶， 而当后车检测不到前车时将全速追赶 ， 从而很好 地控制了两车之间的距离 。 ２． ４ 电源模块 电源模 块 采 用 ３ ９ ４ ０与 Ｌ Ｄ １ １ １ ７稳压模块对电 源进行稳压 ， 可以很好地为单片机及直流电机供电 。 其优点是输出电压 稳 定 ， 电机在调速过程中不会对 单片机系统产生影响 。 其电源稳压模块硬件电路如 图 ３ 所示 。
基于MC9S12XS128单片机智能赛车的设计
基于MC9S12XS128单片机智能赛车的设计【摘要】本文是实现基于MC9S12XS128单片机智能赛车的设计，它是一种以规定的汽车模型为载体，采用16位微控制器XS128为核心控制模块，通过自主设计电源电路，电机驱动电路、道路光电传感器电路，硬件部分合理布局，同时编写配套程序，使其能够自主识别路径的模型赛车。
【关键词】智能车；MC9S12XS128；传感器；PID控制；直流伺服控制；PWM技术1.绪论MC9S12XS128单片机智能赛车的设计，它是以规定的汽车模型为载体，采用16位微控制器XS128为核心控制模块，通过自主设计电源电路，电机驱动电路、道路光电传感器电路，硬件部分合理布局，同时编写配套程序，使其能够自主识别路径的模型车。
它能在规定赛道上，以最短时间跑完全程，该设计主要包括机械设计，电路设计，软件设计三大部分。
1.1 国外智能车的发展历史伴随内燃机的诞生，在公路上行驶的汽车，经过一百多年持续发展，汽车技术已经有了很大的提高，人们在享受汽车的便利和舒适的同时，也发现汽车给社会的进步带来了许多麻烦，甚至危及到了人们的生命及财产安全。
同时，交通拥挤和环境污染问题也给城市的发展带来了严重后果。
因此，迫使我们不断采用高、新技术装备汽车，以提高车辆的安全性、可靠性并迅速解决公路交通的公害问题。
未来汽车概念将发生根本性的变化。
“汽车”将转变为带有一些辅助机械的机电一体化装置，汽车不再是个机械装置，它正向大众消费类电子产品转移。
智能汽车也就是人们常说的无人驾驶汽车，它的研制最早目的是为了前线战争和后方刑事需要，使它能够在危害场合代替人执行任务，从而减少人员伤亡以及财产损失。
现在这项智能技术主要有两方面的应用，首先是应用在民用汽车上，使计算机代替人成为汽车司机，将人们从大量的驾车时间中解放出来，并向新能源汽车以及更智能的方向发展，比如在主动安全、驾驶安全和行人安全方面等。
其次应用还是在军事方面，通过使用无人或遥控智能的武器平台来完成抢险救灾、排爆等工作，甚至还包括一些更危险的军事环境。
汽车车身智能控制系统的设计与实现
汽车车身智能控制系统的设计与实现摘要：汽车车身智能控制系统能够更好地驾驶和保护汽车，如今已经成为汽车的重要配置，是提高其产品竞争力的重要手段。
现如今，各大厂商越来越倾向将车身智能控制系统作为标准的配置，根据对市场的分析数据显示，车身控制器的销量在年以后稳步大幅上升，更加高度的集成芯片技术使得车身电子产品的小型和智能化成为了可能。
本文对汽车车身智能控制系统进行探索，并提出了系统的设计与实践策略，仅供参考。
关键词：汽车行业；车身；智能控制系统；设计；策略前言：电子技术带动了汽车工业的进步，其所占比例也在逐年上升，进入新世纪后汽车业的技术革新比例逐渐增高，这样的革新促进了传统汽车行业的发展。
本人从2005年9月份起直到目前在北汽福田汽车股份有限公司佛山汽车厂工作，一直担任电子电器所高级经理岗位，主要负责皮卡整车电器系统开发工作，下面将对汽车车身智能控制系统的设计与实现展开论述。
一、汽车车身智能控制系统的发展概述（一）汽车的发展概述20世纪年代是电了技术在汽车行业的首次应用，但是直到20世纪80年代以后电了技术才得到了所谓正真的应用，如电了控制发动机管理系统等。
上世纪80年代左右，是汽车工业发展最为重要的阶段，在此过程中开发出了具有非常复杂功能的控制系统，如废气的循环控制、底盘制动以系统控制等。
就目前情况来看，汽车电了技术已发展到一个很高的水平，如远程诊断以及智能通信等，且随着乘客对汽车的安全技术、环保要求，功能变得逐渐多样化，当前网络系统已经开始在汽车上被广泛应用[1]。
（二）汽车智能控制发展概述汽车电子技术需要追求集成、智能，且需要注重安全环保节能，以此极大提高应用性能，二为了达到更加舒适和智能的要求，应在车身的各个系统中加入传感器，以此通过网络接收到更多的动态信息，然而汽车大量使用传感器又使得汽车环境变得更加复杂。
随着智能化的普及，汽车数据呈几何的增长，各大厂商都采用总线路智能通讯方式减少线束的数量，在降低成本的同时实现量化，极大地提高了数据的传输速率，对软件的编辑实现了数据络共享，省去复杂的硬件设计及软件设计[2]。
MC9S12XS简介
MC9S12XS简介1.1 S12XS介绍新16位微控制器S12XS的系列是一个兼容,减少版本的S12XE系列。
这个系列提供了一种简便的方法开发从低端到高端化应用程序的通用平台,减少硬件和软件的设计。
12XS系列提供32位的所有优势和效率性能的16位MCU，同时保持低成本，低功耗，EMC和代码大小目前享有的效率优势。
S12XS系列运行在等待状态的情况下为所有外围设备和存储器16位宽访问。
该S12XS系列有112引脚LQFP封装，80引脚QFP，64引脚LQFP封装选择，与S12XE系列高度兼容。
除了在每个模块提供I / O端口外，还有多达18个具有从停止或等待模式被唤醒的中断功能的I / O端口。
外围设备包括MSCAN，SPI，两个SCIs，一个8通道24位定时器周期中断，8 -通道16位定时器，8通道PWM，高达16 通道12位AD转换器。
1.1.1特性16位CPU12XS-向上兼容S12指令集，除了删除五个模糊指令（MEM，WAV ，WAVR，REV，REVW）-增强索引寻址-获取大量数据段独立PPAGEINT（中断模块）- 7个级别的嵌套中断-灵活的分配中断源到每个中断的层次。
-外部非屏蔽高优先级中断（XIRQ）-下面的输入可以作为唤醒中断- IRQ和非屏蔽XIRQ-CAN总线接收引脚-SCI接收引脚-根据不同的封装选择了20针在端口J，H和P的上升或下降沿敏感的配置MMC管理（模块映射控制）DBG（调试模块）-监测与标签的CPU总线型或力量型断点要求- 64 × 64位循环跟踪缓冲区的捕捉改变流或内存访问信息BDM（背景调试模式）OSC_LCP（振荡器）-低功率的闭环控制皮尔斯振荡器利用一个4MHz至16MHz石英晶体振荡器-良好的抗干扰-全摆幅皮尔斯选择利用一个2MHz至40MHz的晶振-根据跨导最佳启动的边缘典型晶体IPLL（内部过滤，调频锁相回路时钟发生器）-无需外部元件-可配置选项为减少传播EMC辐射（频率调制谱）CRG（时钟和复位产生）-看门狗-实时中断-时钟监视器-快速唤醒自我的停止时钟模式内存选项-64K，128K的和256K字节的闪存-闪存的基本特征- 64位数据加上8位并发ECC（纠错码），允许单个位失败校正和双故障检测-擦除扇区大小1024字节-自动编程和擦除算法-保护计划，以防止意外编程或擦除-安全选项，以防止未经授权的访问- 4K和8K字节数据闪存空间- 16位数据加上6位并发ECC（纠错码），允许单个位失败校正和双故障检测-擦除扇区大小256字节-自动编程和擦除算法- 4K，8K与第12K字节RAM16通道，12位模拟数字转换器- 8/10/12位分辨率- 3微秒，10位单次转换时间-左或右对齐结果数据-外部和内部转换触发功能-内部振荡器在停止模式转换-唤醒从模拟比较低功耗模式-连续转换模式- 16路模拟输入通道-多通道扫描-管脚也可以作为数字I / OMSCAN（1Mbit/s，CAN2.0的A，B软件兼容模块）- 1兆位每秒，CAN2.0的A，B软件兼容模块-标准和扩展数据帧- 0 - 8个字节数据的长度-可编程的比特率高达1 Mbps-五接收FIFO的存储方案缓冲区-三优先发送内部缓冲区-灵活的标识验收滤波器可编程为：- 2 x 32位- 4 x 16位- 8 × 8位-唤醒集成了低通滤波器的选择-环回自检-只能收听到CAN总线监控-16位发送/接收信息时间戳TIM（标准定时器模块）- 8 × 16的输入捕捉或输出比特的通道比较- 16位自由运行计数器的8位精度预分频器- 1个16位脉冲累加器PIT（周期性中断定时器）-多达4个独立的定时器超时周期-超时期限为1至224总线时钟周期选择-超时中断和周边触发器-定时器开始可以对齐高达8通道× 8位或4通道x 16位脉宽调制器-每通道占空比和周期都是可编程的-中心或左对齐输出-可编程时钟选择逻辑的和频率范围串行外设接口模块（SPI）-可设置为8位或16位数据的大小-全双工或单线双向-双缓冲的发送和接收-主或从模式-最高位先或LSB先移-串行时钟相位和极性选择两个串行通信接口（SCI）-全双工或单线运行-标准标记/空间不返回到归零（NRZ）格式-可选的IrDA 1.4返回到零反转（RZI）可编程脉冲宽度格式- 13位波特率选择-可编程的字符长度-可编程极性的发射机和接收机-接收唤醒的积极边缘-间隔检测和传输冲突检测支持片上电压调节器-两个平行的，与带隙基准的线性稳压器-低电压检测（LVD）认证的低电压中断（LVI）号-上电复位（POR）电路-低电压复位（LVR）的低功耗唤醒定时器（API）的-内部振荡器驾驶递减计数器-微调到+ / -10％的准确度-超时时间为0.2ms的范围内，从同一个0.2ms〜13秒的决议输入/输出-最多91个通用输入/输出（I / O）引脚取决于封装选择和2个输入专用管脚-磁滞和可配置上拉/下拉输入引脚上的所有设备-在所有输出引脚可配置驱动力量封装选择- 112引脚小外形四方扁平封装（LQFP封装）- 80引脚四方扁平封装（QFP）- 64引脚小外形四方扁平封装（LQFP封装）操作条件-宽单电源电压范围3.135 V至5.5 V的全性能-单独的电源内部电压调节器和I / O优化的EMC滤波容许- 40MHz的最大CPU总线频率-环境温度范围：-40°C至125°C-温度选项：- -40°C至85°C- -40°C至105°C- -40°C至125°C1.1.2 工作模式模式种类：正常的单芯片模式特别的单主动背景调试模式芯片模式1.1.3 信号的详细说明1.1.3.1 EXTAL，XTAL - 振荡器引脚EXTAL和XTAL是晶体驱动和外部时钟引脚。
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MC9S12XSl28微控制器的智能车硬件设计
以“飞思卡尔”杯智能车大赛为研究背景，采用MC9S12XSl28作为核心处理器，通过对比各个模块不同设计方案的性能，完成智能车电源、驱动、图像采集、测速等模块的设计与实现。
通过大量的实验调试完成了智能车的组装与机械部分调整，使得智能车结构更为合理。
实验及实际比赛表现表明，该智能车硬件结构稳定，性能良好。
随着汽车电子业的迅猛发展，智能车作为电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物，因其具有的智能特点而成为研究重点。
“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车比赛在此背景下产生，竞赛规则规定。
赛车在设定的赛道上能够自主行驶，并以最短的时间跑完全程者获胜。
因此，智能车硬件不断创新以适应小车的速度要求。
本文以MC9S12XSl28为核心处理器，通过实验比较智能车各个模块电路设计方案，从而设计出性能稳定的硬件电路，经大赛实际检验性能良好稳定。
1 系统整体方案设计
1．1 智能车功能设计
根据大赛规则，智能车应具有路径识别、方向控制、速度控制、状态检测等功能，设计采用大赛指定的飞思卡尔16位微控制器MC9S12X-Sl28单片机作为核心控制单元，利用CCD摄像头作为识别路径的传感器，经MC9S12XSl28 MCU的I／O端口处理，控制赛车的运动决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机及舵机对智能车进行速度控制和转向控制，为了精确控制赛车的速度，在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，经MCU捕获后进行PID自动控制，完成智能车速度的闭环控制。
设计中应注意的原则：重心尽可能低、体积尽可能小、驱动尽可能大、结构尽可能简单。
1．2 系统整体结构
智能车的硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行、稳定、可靠的前提下，其他控制方案才能得以继续。
系统硬件主要包括单片机(主控)、CCD摄像头(图像采集)、旋转编码器(速度检测)、SD卡(大量数据存储)、无线抄表(数据的无线收发)、直流电机(速度控制)、舵机(方向控制)、电源(5 V／6 V／7 V／3．3V／9 V／12 V)、车模、驱动器MC33886、MOSFET管等组成。
图1为其整体结构框图。
1．3 MC9S12XSl28单片机简介
本设计选用飞思卡尔MC9S12XSl28微控制器作为控制单元。
该系统板具有MCU核心系统，支持串口调试下载，具有扩展接口，可进行2次开发，支持μCOSⅡ。
此开发板兼容性较高，监控程序功能强大，可提供各种基本的开发和调试功能，如程序的下载和运行、断点设置、内存显示等。
还可利用MC9S12XSl28的Flash在线编程技术实现在线写入用户程序和随时修改Flash存储内容。
同时在线实时仿真和监测自编程序。
根据实际设计需要分配控制器内部单元，如表l所示。
2 各功能模块的设计与实现
智能车硬件系统主要包括电源、电机驱动、测速、舵机、图像采集与处理等部分。
2．1 电源模块设计
根据智能车的设计需求，需提供5 V电源为单片机、SD卡、测速模块、PCB板上电路、无线通讯模块等供电：6 V电源供给舵机，CCD摄像头需12 V的工作电压。
其中的难点是12 V DC-DC升压电路。
这里使用MC34063A搭建由7．2 V升压到12 V的升压电路。
MC34063A是单片双极型线性集成电路，专用于直流一直流变换器控制，内置占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，可输出1．5 A的开关电流。
它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器，降压式变换器和电源反向器。
图2为DC-DC升压
电路原理图。
2．2 电机及舵机驱动模块设计
影响智能车速度的最关键因素是驱动力。
“驱动力”不仅包括驱动电机，还包括电机驱动电路。
电机驱动电路要能为赛车提供强大的动力，同时自身的功耗要小，能够保证在长时间大电流输出的情况下不升温且持续稳定工作。
根据PWM调速电机驱动电路的性能指标。
在实际制作过程中，主要采用以下两种方案：1)采用MC3 3886级联组成驱动电路；2)采用MOSFET搭建H 桥电路。
考虑到MC33886输出电流有限，不能提供较为强劲的驱动力，因此专门独立设计采用MOSFET搭建的H桥驱动电路。
网3是直流电机PWM调速系统框图。
TD340和MOSFET管组成H桥驱动电路。
TD34 0是N沟道功率MOSFET管驱动器。
适合于直流电机控制。
通过实验比较这两个方案设计的电路加速、制动、频繁启制动能力，发现两个电路各有其特点。
MC3 3886级联组成驱动电路驱动电流上升快，适合起制动，但能耗大且稳定电流小；而MOSFET管启制动较慢，但驱动电流大，适合直道行驶，功耗小。
考虑到能耗问题，实际小车设计中采用MOSFET管驱动方法。
舵机用来控制前轮的转向，配合后轮的驱动电机，使车体能够自由行驶。
在智能车上，舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向。
舵机的输出转角介于-45°～+45°之间，在使用前需先测出各个角度所对应的PWM波的占空比。
2．3 测速模块设计
作为实现对智能车闭环控制的光电一个重要环节，测速功能不可缺少。
常用的测速方法有光电管测速法和光电编码器测速法。
实践证明，光电管检测方法成本低廉，容易实现。
但精度较低，可靠性较差，容易受环境光影响，当车速达到3 m／s时，检测会发生问题。
采用光电编码器成本虽然较高，但精度高，稳定性好。
因此综合考虑，采用光电编码器检测电机速度。
采用OMRON公司生产的E6A2-CSl00型光电编码器。
它由5～12V的直流供电，速度传感器通过后轮轴上的齿轮与电机相连，车轮每转1圈，速度传感器转过2．75圈。
2．4 图像采集及处理模块设计
针对智能车比赛的实际环境状况，常用的图像数据采集方法有：A／D转换采集方法和比较器的硬件二值化方法。
MC9S12XSl28单片机的A／D转换时间在不超频的情况下最短为7μs，若选用分辨率为320线的摄像头，则单行视频信号持续的时间约20 ms／320=62．5μs，A／D转换器对单行视频信号采样的点数将不超过(62．5／7)+1=9个。
若使用分辨率为640线的摄像头，则单行视频信号持续的时间约20 ms／640=31 μs，A／D转换器对单行视频信号采样的点数将不超过(3l／7)+l=5个。
可见，分辨率越高，单行视频信号持续的时间就越短，A／D转换器对单行视频信号所能采样的点数就越少。
如前所述，摄像头的分辨率越高，虽然可提高纵向分辨能力，但会减少单片机A／D采样单行信号的点数，削弱横向分辨率。
摄像头的分辨率通常在300线以上，所以单行视频信号的持续时间最多20 ms／300=66μs，则A／D 采样每行视频信号的点数最多(66／7)+1=10个(不超频)，这不满足赛车定位要求。
所以采用A／D采集图像时，摄像头分辨率不应太高。
为保证采集图像点的准确性同时为图像处理留出更多时间，这里采用比较器实现二值化来代替A／D采样方法实现数据采集。
3 结论
围绕MC9S12XSl28单片机完成全国智能车大赛小车的硬件电路设计。
通过实验比较各个模块电路的特点，选择性能较好的方案。
通过硬件二值化电路完成对CCD摄像头图像采集与二值化的处理，节约了微处理的时间。
通过比较常用的两种驱动电路的性能，选择出适合智能车竞赛的电路。
实验表明整个小车驱动性能良好，图像采集快速，行驶稳定。
该智能车在智能车大赛中表现良好。