基于“飞思卡尔”单片机MK60DN512ZVLQ10的智能车设计
・１０８・ 科技论坛 基于“飞思卡尔”单片机ＭＫ６０ＤＮ５１２ＺＶＬＱ１０的智能车设计 张瑾孟利利梁剑飞 （扬州大学广陵学院。江苏扬州２２５００９） 摘要：本文设计的智能车以ＭＫ６０ＤＮ５１２ＺＶＬＱ１０为核心控制单元，采用“飞思卡尔”提供的Ｂ车模。硬件电路主要包括电源模块和 电机驱动模块；软件核心部分是采用ＰＩＤ控制算法对舵机转向和电机速度进行反馈控制。实验结果表明ＰＩＤ控制算法结构简单，工作稳 定性好，易于调试，优化了智能车的性能，使其更加平稳快速。 关键词：智能车；ＭＫ６０ＤＮ５１２ＺＶＬＱ１０；ＰＩＤ控制算法 １概述 随着信息技术在汽车中不断发展与应用，汽车智能化已成必然 趋势。不过我国的智能车技术仍不够成熟，目前研究主要集中在高 校，为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，该竞赛以智能 汽车为研究对象的创意性科技竞赛，要求在标准技术平台下完成软 硬件系统的设计【】 。本文介绍智能车系统的总体结构和硬件电路设 计，详细介绍ＰＩＤ控制算法在舵机转向和电机速度的应用。 ２系统总体结构 本文所设计的智能汽车系统包括三个组成部分：检测系统，控 制决策系统和动力系统。其中检测系统采用０Ｖ７７２５和光电编码 器，分别用于检测赛道信息和反馈智能车速度，并传至单片机。控制 决策系统采用ＭＫ６０作为主控芯片，动力系统同于控制舵机的转角 和直流电机的转速，其系统设计框图如图１所示。 图１系统总体结构图 ３硬件电路设计 硬件电路主要包括最小系统板，核心板和驱动板。 ３．１电源模块 供电分为四个部分：电机驱动、核心板、舵机与摄像头。电机驱 动电压直接由电池压提供，选择ＬＭ２９４０提供５Ｖ稳压，线路简单， 稳定性好。选择ＬＭ２９４１芯片作为６Ｖ稳压芯片给舵机供电。 ＡＭＳ１１１７的线性度好，效率高，作为３．３Ｖ稳压芯片，给摄像头和液 晶供电。 ３．２电机驱动模块 驱动电路的主要指标是能通过大电流，因此选用极低导通阻抗 和转换速率快的ＩＲＦ３２０５为智能车驱动电机提供控制和驱动。另 外，设计栅极驱动电路可以提高ＰＷＭ控制方式的调制频率，减少电 枢电流脉动，提高电路工作的可靠性。 ４系统软件设计 软件包括图像采集、图像处理、舵机控制、电机速度控制以及速 度反馈处理。 ４．１控制算法设计 ＰＩＤ控制器将偏差的比例（Ｐ）、积分（Ｉ）和微分（Ｄ）通过线性组合构 成控制量，对被控对象进行控制。在计算控制系统中，采用数字ＰＩＤ 控制器，规律为：ｅ（ｋ）＝ｒ（ｋ）一ｃ（ｋ） （１） —ｋ＿ Ｔ ｕ（ ）＝ｋｅ｛Ｐ（足）＋’＿∑ｅ（ｊ）＋詈 （ ）一 （ 一１）】） （２） 』』ｊ＝ｏ Ｊ 其中，ｒ（１（）为第ｋ次给定ｋ 的比例系数；Ｔ。为积分时间常数；ＴＤ 为微分时间常数；Ｔ为采样周期值；ｃ（ｋ）为第ｋ次实际输出值；ｕ（ｋ）为 第ｋ次输出控制量；ｅ（ｋ）第ｋ次偏差。 ４．２舵机控制算法设计 舵机采用位置式ＰＩＤ算法（式２），因不需考虑智能车已行驶路 线与赛道复杂等情况，所以舵机控制采用分段ＰＤ控制，即根据赛道 类型调整参数Ｐ和Ｄ。比例系数Ｐ主要控制舵机转向，微分次数Ｄ 保证小车正常行驶时快速矫正。 ４．３速度控制算法设计 经过多次测试，采用增量式ＰＩＤ控制，基本策略是直道加速，弯 道减速。智能车响应较快，调速准确且平稳。增量式ＰＩＤ控制算法 为： Ａｕ（ｋ）＝ｋｐ（ （ ）一ｅ（ｋ—１））＋ｋｉｅ（ｋ）＋ｋｄ （女）一２ｅ（ｋ—１）＋ｅ（ｋ一２））（３） ５结论 本文设计的智能车系统采用ＰＩＤ控制算法对舵机转向和电机 速度进行反馈控制，实验结果表明ＰＩＤ控制算法工作稳定性好，易 于调试，可实现智能车在跑道上平稳快速行驶的目标。 参考文献 【１］第十一届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛竞速比赛规则 与赛场纪律． ［２】卓晴，黄开胜，邵贝贝．学做智能车：挑战“飞思卡尔”杯【Ｍ】．北京：北 京航空航天大学出版社，２００７年． ［３１ＬＭ２９４０ ｄａｔａｓｈｅｅｔ 『４１吴卫国，蒋平’，陈辉堂，等．移动小车轨迹跟踪的力矩控制【Ｊ１．控制与 决策，１９９９，１４（２）：１７７—１８０．
基金来源：江苏省大学生创新创业训练计划项目，项目编号：２０１５１３９８７００９Ｙ。 作者简介：￣（１９９４一），女，江苏泰州人，本科在读，专业：电子信息工程。
基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
- I -
摘 要
随着我国的电子科技的不断发展，我们生活中的自动化设备越来越多，也为嵌入式在智能化上的研究提供了一个广阔的平台。
本系统以MK60DN512VMD100微控制器为核心控制单元，选用OV7620 CMOS模拟摄像头检测赛道信息， 高速AD转换芯片选用 TCL5510，将提取后的灰度图像进行软件二值化，进而提取赛道信息；用光电编码器实时检测小车的实时速度，采用PID控制算法调节电机的速度以及舵机转向，从而实现速度和方向的闭环控制。
关键字：MK60DN512VMD100，OV7620 CMOS，软件二值化，PID
基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
- II -
Abstract
With the continuous development of electronic technology, more and more
automation equipment into the production life of the people, the rapid development of
embedded intelligent study provides a broader platform.
In this paper, the design of intelligent vehicle system MK60DN512VMD100
microcontroller as the core control unit, the selection of OV7620 CMOSanalog cameras to
detect the track information, to using TCL5510 high-speed AD converter chip, software
binarization image, extract the white guide line for identification of the track information;
基于K60单片机的智能车控制算法的仿真与实现
基于K60单片机的智能车控制算法的仿真与实现
一、本文概述
随着科技的飞速发展，智能车作为智能交通系统的重要组成部分，其控制技术的研究与应用日益受到人们的关注。其中，智能车的控制算法是实现其自主导航、智能避障、稳定行驶等关键功能的核心。本文旨在探讨基于K60单片机的智能车控制算法的仿真与实现，通过深入研究K60单片机的性能特点，结合智能车控制的实际需求，设计并优化相应的控制算法，并通过仿真实验验证其有效性和可靠性。
本文首先对K60单片机的硬件架构、性能参数以及开发工具进行详细介绍，为后续控制算法的设计和实现提供基础。接着，分析智能车控制的基本原理，包括路径规划、速度控制、避障策略等方面，为控制算法的设计提供理论支撑。在此基础上，结合K60单片机的特点，设计适用于智能车的控制算法，包括传感器数据处理、决策逻辑实现、运动控制等关键模块。
为验证所设计控制算法的有效性和可靠性，本文采用仿真实验的方法，构建智能车仿真模型，模拟不同场景下的行驶情况，对控制算法进行测试和评估。通过仿真实验，可以对控制算法进行快速迭代和优化，提高智能车的行驶性能和稳定性。
本文总结了基于K60单片机的智能车控制算法的设计与实现过程，并对未来研究方向进行了展望。通过本文的研究，可以为智能车控制技术的发展提供一定的参考和借鉴，推动智能交通系统的进一步发展。
二、智能车控制系统概述
随着科技的发展，智能车作为自动驾驶技术的重要载体，已经逐渐走进人们的视野。智能车控制系统作为其核心组成部分，负责实现车辆的自主导航、路径规划、环境感知、决策控制等功能。这些功能的实现，依赖于先进的控制算法和高效的硬件平台。
基于K60单片机的智能车控制系统，是一个集成了传感器数据采集、处理、决策和执行等多个环节的复杂系统。K60单片机以其强大的处理能力、丰富的外设资源和良好的扩展性，成为了智能车控制系统的理想选择。通过K60单片机，可以实现对车辆状态的实时监控，对环境信息的快速处理，以及对控制指令的精确执行。
MK60单片机在智能车系统中的运用
龙源期刊网
MK60单片机在智能车系统中的运用
作者：陈楚童
来源：《世界家苑》2020年第03期
摘要：本文以第十三届全国大学生智能车竞赛暨“恩智浦杯”为背景，介绍了以 32 位单片机MK60 作为核心控制器的智能车控制系统。整个系统涉及车模的机械结构调整、硬件电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。我将通过对智能车的介绍，带大家开启对MK60 单片机的了解。
关键词：MK60 单片机;智能车;控制系统
1 MK60 单片机结构组成及功能介绍
MK60 单片机控制器具有 IEEE 1558 以太网，全速和高速 USB 2.0 On-The-Go 带设备充电探测、硬件加密以及防篡改能力，具有丰富的模拟、通信、定时和控制外设，从 100LQFP 封装 256KB 闪存开始，可扩展到 256MAPBGA 1MB 内存。大内存的 MK60 还提供可选的单精度浮点单元、NAND 闪存控制器和 DRAM 控制器。 龙源期刊网
MK60 单片机外部有 144 个引脚和一个数据接收端口，其中 144 个引脚中电源类引脚、复位引脚、JTAG 写入引脚、RTC 模块引脚和晶振引脚五大类。复位引脚 RESET 是一个专用引脚，内部含有上拉电阻，空闲状态为高电平，低电平迫使芯片复位。在写入器电路中，该引脚被连接到标准 10 芯 JTAG 接口，以便写入器可以使 MCU 复位。
MK60 单片机内部有电源电路（含有稳压模块，将电压变成3.3V 额定电压供单片机使用）、时钟电路（对上电、关闭进行监控测量）、复位电路（使芯片复位）和 JTAG 接口电路（通过JTAG 接口实现程序的下载和调试功能）。四部分各有其功能，并相互配合完成功能任务，实现单片机独立自主的运作。
MK60 单片机主要功能有程序的下载调试，并且运行程序，通过 I/O 口发出控制信号，驱动控制电路，实现对电机等设备的控制。同时，mk60 还可以充当微型计算机，参与智能系统的设计，从而进一步实现独立的功能，如：机器人控制系统、智能车控制系统等。在日常生活及工业化生产中起到了很大作用。
智能消防车设计与总结
智能消防车设计与总结
智能消防车设计与总结
段孝派;沈宇欧
【期刊名称】《工业设计》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘要】本系统采用MK60DN512ZVLQ10单片机作为主控制芯片,以L298N 作为直流电机驱动芯片,通过PWM控制智能消防车的驱动电机,本设计可实现智能消防车循迹进入场地,绕过障碍物,检测火焰,发出报警并将火焰熄灭返回仓库,以及在此过程中通过液晶屏显示提示信息等功能.整个系统在设计中注意低功耗处理,同时力求高性价比等细节,电路结构简单,可靠性能高,在结构和技术上具有一定参考价值.
【总页数】3页(75-77)
【关键词】单片机;循迹;灭火;液晶屏
【作者】段孝派;沈宇欧
【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海,201306;上海海事大学物流工程学院,上海,201306
【正文语种】中文
【中图分类】
【相关文献】
1.灭火消防车并非越大越好——走出消防车生产的误区 [J], 李春孝
2.高效、环保、智能、新概念——新型消防车及其灭火技术应用及发展[J], 周冰洋
3.高效、环保、智能新概念消防车——第三代消防车及其灭火技术[J], 姬永兴;
飞思卡尔智能车设计报告 精品
飞思卡尔智能车设计报告
1.摘要
“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的一项以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。该竞赛以汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。
本文介绍了飞思卡尔电磁组智能车系统。本智能车系统是以飞思卡尔32 位单片机K60为核心，用电感检测赛道导线激发的电磁信号， AD 采样获得当前传感器在赛道上的位置信息，通过控制舵机来改变车的转向，用增量式PID进行电机控制，用编码器来检测小车的速度，共同完成智能车的控制。
2.关键字
电磁、k60、AD、PID、电机、舵机
3.系统整体功能模块
系统整体功能结构图
4.电源模块设计
电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、单片机模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。
全部硬件电路的电源由7.2V，2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。
电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各模块的工作电压都需要经电源管理芯片来实现。
基于K60的智能车系统的设计与实现
www�ele169�com|15电子电路设计与方案
0 引言
智能车是一个集环境感知、规划决策、
自动行驶等功能于一体的综合控制系统。它
应用了微处理器、红外传感器、自动控制、
测量控制、信息处理、机械设计、模式识别
等技术。智能车已成为人工智能领域研究和
发展的热点,尤其在大学生创新能力的培养
方面，有关智能车的设计、功能的实现和相
关技术的研究等更是成为培养大学生创新能
力的有效途径[1]。
1 系统总体设计
系统总体设计框图如图1所示，一共有七大模块：供
电电路、主控模块、驱动电路模块（包括舵机、电机驱动）、
摄像头模块、速度检测模块、辅助调试模块、测距模块。电
源模块为小车系统的其他各模块提供所需要的电流和电压，
而电压、电流等物理量的改变也就传递着单片机和摄像头等
各模块之间的信息。供电模块稳定工作，才能给其他模块提
供稳定合适的电压和电流，确保它们的正常工作；除了稳定
的电压电流，还需要选择合适的传感器、执行器、控制器来保证整个系统的正常工作。
图1 系统总体设计框图
2 主要硬件电路设计
■2.1 主控模块
在设计调试过程中，使用自行设计并制作的核心板出现
了各种问题，K60系列MCU对于电路的稳定性有一定要求，同时由于纯手工焊接的电路板稳定性不足，144LQFP封装
的芯片焊接也需要一定的技术，最终为节省设计时间，采用
了山外最小核心板，其芯片型号为 MK60FN1M0VLQ15，核
心板上只包含最小系统所需的电路。
■2.2 电机驱动电路
电机驱动电路主要分为两部分，由IR2184构成的栅极
驱动电路和IR7843构成的H桥电路。具体设计原理图如图
2所示。
■2.3 隔离电路
电机是感性负载，在电机运转过程中，如果发生堵转、
换向、刹车等状况，会产生反向电动势，产生较大干扰，
为避免瞬时大电流和高电压回灌，击穿微控制器，选用
HCPL2630SD双通道高速逻辑门光耦合器作为隔离控制器，其速度可达10Mbit/s[2]。具体电路设计如图3所示。
飞思卡尔智能车竞赛摄像头组——技术报告 精品
"飞思卡尔"杯全国大学生
智能汽车竞赛
技 术 报 告
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第八届"飞思卡尔"杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名： 孟泽民
章志诚
徐晋鸿
带队教师签名： 陈朋
朱威
日 期： 2013.8.15
I
摘 要
本文设计的智能车系统以MK60N512ZVLQ10微控制器为核心控制单元，通过Ov7620数字摄像头检测赛道信息，使用K60的DMA模块采集图像，采用动态阈值算法对图像进行二值化，提取黑色引导线，用于赛道识别；通过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并让其更稳定，我们使用自主编写的Labview上位机、SD卡模块、无线模块等调试工具，进行了大量硬件与软件测试。实验结果表明，该系统设计方案可行。
关键词：MK60N512VMD100，Ov7620，DMA，PID，Labview，SD卡
II Abstract
In this paper we will design a smart car system based on MK60N512ZVLQ10 as the
micro-controller unit. We use a Ov7620 digital image camera to obtain lane image information.
智能车硬件系统设计及实现
III 目 录
第一章 引言..........................................1
第二章 系统总体设计..................................2
2.1系统概述..........................................2
2.2 整车布局.........................................3
第三章 机械设计及实现................................4
3.1转向轮倾角的调整..................................4
3.1.1主销后倾........................................4
3.1.2 主销内倾........................................5
3.1.3 前轮外倾........................................5
3.1.4 前轮前束....................................... 5
3.2 舵机安装.........................................6
3.3 编码器的安装.....................................7
3.4 线性CCD的安装..................................7
3.5 齿轮啮合与差速调整...............................8
第四章 智能车硬件系统设计及实现......................9
4.1 硬件设计方案.....................................9
IV 4.2 单片机最小系统板.................................9
东秦创意组初步技术报告
1
第九届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
初步技术报告
学 校： 东北大学秦皇岛分校
队伍名称： 东秦创意组
参赛队员： 闫 莉 韩昕宇
张碧涛 黄 洋
叶志彬
带队教师： 顾德英 孙文义
2
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名：
带队教师签名：
日 期：
3
摘 要
本文设计的智能车系统以MK60DN512ZVLQ10微控制器为核心控制单元，通过CCD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，提取黑色边线，用于赛道识别；通过OV7725对交通指示灯进行阈值分离提取箭头，判断箭头方向控制转向；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，使用串口助手、Labview图像上位机、蓝牙模块、LCD模块、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：MK60DN512ZVLQ10，CCD，OV7725，PID控制
4
Abstract
The intelligent vehicle system introduced in this paper based on MK60DN512ZVLQ10 as the core control unit. It uses CCD camera to check track information and uses ACMP to binarize images and extract the black line which used for track recognition. The system uses OV7725 to do thresholding segregation and extract the arrows, and control the steering by judging the direction of the arrows. It uses photoelectric encoder to test the model vehicle’s real-time speed and uses PID to adjust the drive motor’s rotational speed and steering engine’s angle. In this way it can realize
基于K60的自平衡智能车设计研究
基于K60的自平衡智能车设计研究
纪萍; 陈玲; 李飞红; 类课文; 牛梦雪
【期刊名称】《《西昌学院学报（自然科学版）》》
【年(卷),期】2019(033)003
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】PID控制; 自平衡小车; 自动循迹
【作 者】纪萍; 陈玲; 李飞红; 类课文; 牛梦雪
【作者单位】河海大学文天学院 安徽 马鞍山 243000
【正文语种】中 文
【中图分类】TP23; TP273
智能两轮平衡车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统[1]，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术[2]，是典型的高新技术综合体。两轮自平衡车运动灵活、智能控制、操作简便，适于单人使用且适用范围广[3-6]，增加了人们对外出活动的兴趣，减少人们的运动强度，解决人们时间不充足的问题[7]。
本文设计了以基于MK60DN512ZVLQ10（简称K60）为核心来设计的一款自平衡智能车系统。利用陀螺仪和加速度计实现了两轮小车直立运行，还能根据路况情况自动控制小车的运行速度，利用数字摄像头识别采集路况图形，进行道路识别，能够解决圆环、障碍坡道、起始线等特殊路况，并根据路况的情况智能调节速度，以尽可能快的速度运行跑完赛道，实现自动循迹。
1 硬件设计
核心控制器采用K60，驱动车模电机采用MOS桥，姿态传感器采用L3G4200 和MMA7455，CMOS摄像头OV7725 硬件二值化作为道路识别传感器，自主构思姿态控制、速度控制和转向控制方案，引导车模按照规定路线识别行进。整个设计原理框图如图1所示。
图1 系统设计原理框图
1.1 电源模块
本系统的稳压芯片采用LM2940-5.0 和TI 公司的TPS7333，来达到稳定电压的效果。TPS7333 具有过流保护、过压保护和电压反接保护，并且采用较少的外围元件就可以达到高效的稳压效果。与其他类型的稳压芯片相比，TPS7333具有低压降、小电流的特点，非常适合对摄像头供电。其他传感器选择用LM2940-5.0供电（图2）。