MC9S12DG128的路徑識別的智能車(chē)系統設計

1.6 直流驅動(dòng)電機控制模塊

本系統中，直流驅動(dòng)電機控制模塊由RS-380SH型直流電機、功率驅動(dòng)芯片ULN2003、電機驅動(dòng)芯片MC33886及MC9S12DG128單片機組成。

功率驅動(dòng)芯片ULN2003為單片高電流增益雙極型大功率高速集成電路，本系統采用了其中兩組用于增強單片機輸出的PWM信號的驅動(dòng)能力。

其中，電機驅動(dòng)芯片MC33886是單片集成的H橋元件，它適用于驅動(dòng)小馬力直流電機，并且有單橋和雙橋兩種控制方式。D1、D2為使能端，IN1、IN2為PWM信號控制輸入端，OUTl、OUT2為輸出端。由于智能車(chē)從直道高速進(jìn)彎時(shí)需通過(guò)緊急降速來(lái)保證系統的穩定，所以電機正轉時(shí)必須能夠產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩。因此本系統選擇了MC233886的全橋工作方式。

當需要智能車(chē)減速時(shí)，PI控制器計算值為負，令PWM5輸出的PWM信號占空比為零，PWM3輸出的PWM信號占空比與計算值的絕對值相同，并且計算值越負，OUT2的電平高出OUT1越多，電機有反轉趨勢。反之，當需要智能車(chē)加速時(shí)，PI控制器計算值為正，PWM3輸出的PWM信號占空比為零，PWM5輸出的PWM信號占空比與計算值的絕對值相同，計算值越大，OUTl的電平高出OUT2越多，電機有正轉趨勢。

2 軟件設計

本系統的控制方案是根據路徑識別模塊和車(chē)速檢測模塊所獲得的當前路徑和車(chē)速信息，控制舵機和直流驅動(dòng)電機動(dòng)作，從而調整智能車(chē)的行駛方向和速度。圖7為系統程序流程圖。

智能模型車(chē)的路徑搜索算法(Line Searching Algorithm)是智能車(chē)設計中的關(guān)鍵部分。本系統路徑搜索算法采用簡(jiǎn)單的switch語(yǔ)句，根據檢測到黑線(xiàn)的光電管的位置判斷舵機的偏轉角度，同時(shí)給出相應的速度控制信號。

3 實(shí)驗驗證

智能車(chē)路徑識別的關(guān)鍵在于快速地判斷彎道并快速、準確地響應。智能車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，從長(cháng)直道進(jìn)入連續彎道時(shí)，由于曲率變化很小，此時(shí)轉速的設定值較大，加之舵機響應時(shí)間的限制，智能車(chē)極易脫離軌跡。采用加長(cháng)轉臂的舵機及合理的路徑搜索算法，可以增強智能車(chē)對軌跡的跟隨性能。其中，粗線(xiàn)為所尋跡的黑線(xiàn)，細線(xiàn)為智能車(chē)實(shí)際運行軌跡。

本文設計了一個(gè)基于飛思卡爾微處理器MC9S12DG128的智能車(chē)控制系統，實(shí)現了快速自動(dòng)尋跡功能。在硬件上，該系統采用MC9S12DG128B單片機為控制核心，協(xié)調電源模塊、路徑識別模塊、車(chē)速檢測模塊、舵機控制模塊及直流驅動(dòng)電機控制模塊的工作；在控制算法上，采用路徑搜索算法和類(lèi)PI控制算法實(shí)現對智能車(chē)的舵機轉角和電機轉速的控制。此外，系統還完成了對加長(cháng)轉臂舵機的控制，實(shí)現了轉向伺服電機與車(chē)速的配合控制。實(shí)驗結果表明，該智能車(chē)系統響應快，動(dòng)態(tài)性能良好，整體控制性能良好。