基于S12的光電式自動(dòng)尋跡車(chē)的設計

引言

自動(dòng)尋跡車(chē)是一種具備自主判斷、決策能力的綜合智能系統。它的設計集機械、電子、檢測技術(shù)與智能控制于一體，在社會(huì )生活中有著(zhù)廣泛的應用，例如自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的物料配送機器人，醫院的機器人護士，商場(chǎng)的導游機器人等。

全國“飛思卡爾”智能模型車(chē)大賽在這樣的背景下產(chǎn)生，智能模型車(chē)比賽要求利用車(chē)上的視覺(jué)裝置，使智能小車(chē)在給定的區域內沿著(zhù)軌跡自動(dòng)行進(jìn)，在確保穩定性的情況下，速度最快者獲勝，根據路徑判別的原理不同，分為光電組、電磁組和攝像頭組三種類(lèi)型。本文所述智能車(chē)為光電組設計，采用與白色地面顏色有較大差別的黑色線(xiàn)條引導和反射式激光管識別路徑，通過(guò)舵機驅動(dòng)前輪轉向，采用直流電機驅動(dòng)后輪前進(jìn)，并采用PWM實(shí)現電機的調速，使智能車(chē)快速、平穩地行駛。

總體設計思想

為了能夠自主尋跡行駛，智能車(chē)應具有路徑識別、方向控制、速度檢測、驅動(dòng)控制等功能，根據比賽規定，本設計以飛思卡爾公司提供的比賽專(zhuān)用車(chē)模為載體，以飛思卡爾16位微控制器MC9S12XS128單片機作為控制核心，用激光傳感器來(lái)進(jìn)行路徑識別，采用前軸轉向后軸驅動(dòng)方式。為了精確的控制賽車(chē)速度，在智能車(chē)后軸上安裝光電編碼器，采集車(chē)輪轉速的脈沖信號，由主控制器進(jìn)行PID自動(dòng)控制，完成智能車(chē)速度的閉環(huán)控制。整個(gè)智能車(chē)的設計可分為硬件設計與軟件設計兩部分。

硬件設計

硬件系統應包括主控制器選擇、電源管理模塊、尋跡傳感器模塊、測速傳感器模塊、舵機控制模塊以及電機驅動(dòng)模塊。

主控制器模塊

本設計以16位微處理器MC9S12XS128為控制核心，最高總線(xiàn)速度40MHz，模數轉換器（ADC）轉換時(shí)間3μs，具有出色的EMC功能。主要I/O口的分配如下:PA0～PA7共8位用于小車(chē)前面路徑識別的輸入口，PT7用于速度傳感器檢測的輸入口；PWM1用于伺服舵機的PWM控制信號輸出；PWM3、PWM5用于驅動(dòng)電機的PWM控制信號輸出。

電源管理模塊

電源管理模塊為各部分提供動(dòng)力，全部硬件電路的電源由7.2V鎳鎘蓄電池提供，由于系統各模塊所需電壓和電流容量不同，采用芯片LM2940將7.2V蓄電池轉換為5V電源給單片機系統、路徑識別的光電傳感器、光電編碼器等供電，由芯片LM2941提供6V為舵機提供電源，而為了提高伺服電機響應速度，電機模塊直接由7.2V蓄電池提供電源。

路徑檢測模塊

圖1 總體結構

圖2 車(chē)體結構和傳感器布局及編碼