基于雙核多接口的智能汽車(chē)控制系統設計

        本設計是以第三屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競賽為背景，使用競賽秘書(shū)處統一指定的競賽車(chē)模套件，采用飛思卡爾半導體公司的兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元，自主構思控制方案進(jìn)行系統設計。系統基本構建如圖1所示，包括傳感器信號采集處理、動(dòng)力電機驅動(dòng)、轉向舵機控制以及控制算法軟件開(kāi)發(fā)等。

　　雙核的引入

　　在智能車(chē)的設計之初，我們分析認為，在基于光電傳感器的智能車(chē)設計系統中重要的是信號的完整性，即通過(guò)傳感器獲得賽道信息和車(chē)的位置信息越多越好。通過(guò)比較8位和16位單片機的接口數目與性能要求，本設計決定使用兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元。

　　雙核間通信接口SPI

　　在車(chē)輛運行過(guò)程中，三種傳感器的信息需要由控制器來(lái)采集，分別是光電傳感器、速度傳感器、角速度傳感器。由于角速度傳感器需要有一個(gè)準確的采樣周期，我們使用單片機的內部定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)1.2ms的時(shí)間基準。在這個(gè)1.2ms的周期里執行對三種傳感器的數據采集，當定時(shí)器的溢出中斷時(shí)執行一次SPI的數據發(fā)送程序。SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線(xiàn)，并且在芯片的引腳上只占用四根線(xiàn)，分別是mosi，miso，sck，ss。我們使用1MHz的數據傳輸速度，使用3個(gè)字節來(lái)發(fā)送傳感器的數據，兩個(gè)字節發(fā)送速度傳感器和角速度傳感器的數據。

　　控制系統與上位機的通信接口SCI

　　車(chē)輛在行駛過(guò)程中的運行狀況，是無(wú)法直接通過(guò)觀(guān)察來(lái)得到的，所以我們使用上位機系統來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。使用wap200b無(wú)線(xiàn)串口模塊來(lái)發(fā)送數據，模塊使用3.0V供電，內置高速MCU，數據傳輸準確率高。單片機與模塊間通訊使用標準串口，將其設置為115200波特率、8位數據位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗。一次通訊共發(fā)送7個(gè)數據。首先發(fā)送兩個(gè)數據作為握手信號分別是0x00和0xFF，之后使用3個(gè)字節的數據發(fā)送傳感器信息，1個(gè)字節數據發(fā)送角度信息，1個(gè)字節數據發(fā)送速度信息，最后一位保留位做以后擴展使用，發(fā)送0x00。

　　鍵盤(pán)與主控芯片的通信接口I2C

　　車(chē)輛在實(shí)際調試時(shí)有許多參數需要不停的調試，如PID參數車(chē)輛的轉角及速度等。設置不同的參數時(shí)如果每次都重新下載程序的話(huà)會(huì )費時(shí)費力，所以在這里我們使用鍵盤(pán)來(lái)輸入車(chē)輛行駛時(shí)的參數。鍵盤(pán)控制芯片HD7279是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅動(dòng)8位共陰極數碼管(或64只獨立的LED)的智能顯示驅動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。

　　我們使用單片機的4個(gè)I/O口來(lái)操作HD7279，分別為CS、CLK、DATA、KEY 。我們可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設置一些參數，如PID的Kp、Ki、Kd參數，直線(xiàn)及彎道的速度等。

　　A/D模塊在采集角速度中的應用

　　本系統中A/D轉換模塊主要用于采集陀螺儀的輸出值。由于模擬陀螺造價(jià)比較低，而在車(chē)?？刂葡到y中對角度精度的要求不是很高，所以使用模擬陀螺對車(chē)身姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。MC9S08DZ60內部集成了12位數模轉換通道。由于模擬陀螺輸出信號范圍為0~5V，這樣單片機的參考電壓為+5V，由高精度穩壓模塊單獨供電，確保轉換的精度。對A/D轉換后的數據處理程序如下：