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一種尋跡小車(chē)中分布式控制系統的設計與應用
作者：
時(shí)間：2013-12-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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本文將介紹一種應用于尋跡小車(chē)的分布式控制系統的設計方法，該系統可對電機模塊、傳感器模塊和燈控模塊進(jìn)行分布式控制。這樣設計是為該系統將來(lái)從尋跡小車(chē)到真車(chē)進(jìn)行移植提供方便。
此尋跡小車(chē)模型采用7.5V電池驅動(dòng)，通過(guò)改變PWM占空比調速。小車(chē)可以在不完全確定的道路環(huán)境下，通過(guò)自我判斷，對周?chē)h(huán)境進(jìn)行探測，并做出相應的反應（如左拐彎、右拐彎和改變速度等）。目前用在機器人上的多為價(jià)格較貴的超聲波傳感器和紅外傳感器等，本設計采用價(jià)格便宜的反射式光耦傳感器來(lái)完成對周?chē)h(huán)境的感知。此外，小車(chē)還具有良好的導航系統。
系統結構
本系統采用分布式結構，如圖1所示。因為在車(chē)身控制系統中控制對象多而且分散，若采用點(diǎn)對點(diǎn)的集中控制方式，控制模塊與被控對象之間就需要大量連接電纜，會(huì )導致車(chē)內布線(xiàn)復雜且制造和安裝困難，并存在故障隱患。分布式系統結構可以根據控制對象的位置來(lái)設計控制模塊，從而縮短了控制對象與控制模塊之間的距離。各模塊間通過(guò)LIN總線(xiàn)來(lái)通信，該方式僅需要一根線(xiàn)作為通信線(xiàn)。此外，分布式系統結構還可降低單板的靜態(tài)電流，增加單板的穩定性。 
圖1 分布式車(chē)身控制系統結構圖
1 主控制模塊的設計
根據系統功能要求和結構特點(diǎn)，本控制系統被分成主控模塊和三個(gè)子模塊（傳感器模塊、電機控制模塊和燈控模塊）。其中主控模塊主要檢測車(chē)身主體部分控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并根據這些控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)實(shí)現相應的控制策略，然后將控制命令通過(guò)CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)發(fā)送給相應的子模塊，之后根據各子模塊反饋的負載狀態(tài)判斷是否存在故障，若有故障則報警顯示。同時(shí)，CAN總線(xiàn)接收上層CAN網(wǎng)絡(luò )的某些信息。主控制模塊的微控制器采用了可靠性高、抗干擾能力強的汽車(chē)專(zhuān)用芯片XC164CS，其內部集成了CAN的控制器。圖2是主控制模塊的硬件原理圖。
圖2 主控制器模塊硬件原理圖
2 直流電機驅動(dòng)與控制模塊的設計
電機控制模塊中的微控制器采用的也是XC164CS，這是由于該系列微控制器中都有相應的單元可以實(shí)現對電機的控制，相當方便。本設計使用了兩路電機控制小車(chē)的后輪驅動(dòng)和前輪轉向。對直流電機的驅動(dòng)和控制采用了電機控制接口芯片TLE6209，它的內部集成了一個(gè)H型橋式電路，用來(lái)驅動(dòng)電機，實(shí)現電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動(dòng)、反轉和反轉制動(dòng)。16位微控制器XC164CS通過(guò)內部的CAPCOM模塊產(chǎn)生一個(gè)10kHz的PWM信號給TLE6209，觸發(fā)H橋電路。
3 傳感器模塊的設計
傳感器模塊中采用了微控制器XC866，主要用來(lái)采集8個(gè)傳感器的值，傳送給主控制板的XC164CS進(jìn)行處理，然后產(chǎn)生相應的策略改變PWM占空比對驅動(dòng)和轉向電機做出相應的控制。同時(shí)，還要完成對通信模塊數據的發(fā)送和接收，其硬件框圖如圖3所示。
圖3 傳感器模塊硬件框圖
當反光板反射式光電開(kāi)關(guān)CNY70檢測到給定的白色（或黑色）路線(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生相應的電平信號，經(jīng)XC866采集再通過(guò)LIN總線(xiàn)傳送給主控制器。
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