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基于MC9S12XSl28微控制器的智能车硬件设计

• 摘要：以“飞思卡尔”杯智能车大赛为研究背景，采用MC9S12XSl28作为核心处理器，通过对比各个模块不同设计方案的性能，完成智能车电源、驱动、图像采集、测速等模块的设计与实现。通过其他电感器大量的实验调试完成了智能车的组装与机械部分调整，使得智能车结构更为合理。实验及实际比赛表现表明，该智能车硬件结构稳定，性能良好。
  关键词：电源设计；电机驱动；图像采集；二值化电路；MC9S12XSl28

  随着汽车电子业的迅猛发展，智能车作为电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物，因其具有的智能特点而成为研究重点。“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车比赛在此背景下产生，竞赛规则规定。赛车在设定的赛道上能够自主行驶，并以最短的时间跑完全程者获胜。因此，智能车硬件不断创新以适应小车的速度要求。本文以MC9S12XSl28为核心处理器，通过实验比较智能车各个模块电路设计方案，从而设计出性能稳定的硬件电路，经大赛实际检验性能良好稳定。

  1 系统整体方案设计
  1．1 智能车功能设计
  根据大赛规则，智能车应具有路径识别、方向控制、速度控制、状态检测等功能，设计采用大赛指定的飞思卡尔16位微控制器MC9S12X-Sl28单片机作为核心控制单元，利用CCD摄像头作为识别路径的传感器，经MC9S12XSl28 MCU的I／O端口处理，控制赛车的运动决策，同时内部ECT模块发出PWM波，驱动直流电机及舵机对智能车进行速度控制和转向控制，为了精确控制赛车的速度，在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，经MCU捕获后进行PID自动控制，完成智能车速度的闭环控制。设计中应注意的原则：重心尽可能低、体积尽可能小、驱动尽可能大、结构尽可能简单。
  1．2 系统整体结构
  智能车的硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行、稳定、可靠的前提下，其他控制方案才能得以继续。系统硬件主要包括单片机(主控)、CCD摄像头(图像采集)、旋转编码器(速度检测)、SD卡(大量数据存储)、无线抄表(数据的无线收发)、直流电机(速度控制)、舵机(方向控制)、电源(5 V／6 V／7 V／3．3V／9 V／12 V)、车模、驱动器MC33886、MOSFET管等组成。图1为其整体结构框图。

  

  
  1．3 MC9S12XSl28单片机简介
  本设计选用飞思卡尔MC9S12XSl28微控制器作为控制单元。该系统板具有MCU核心系统，支持串口调试下载，具有扩展接口，可进行2次开发，支持μCOSⅡ。此开发板兼容性较高，监差模电感器控程序功能强大，可提供各种基本的开发和调试功能，如程序的下载和运行、断点设置、内存显示等。还可利用MC9S12XSl28的Flash在线编程技术实现在线写入用户程序和随时修改Flash存储内容。同时在线实时仿真和监测自编程序。根据实际设计需要分配控制器内部单元，如表l所示。

  

  2 各功能模块的设计与实现
  智能车功率电感器硬件系统主要包括电源、电机驱动、测速、舵机、图像采集与处理等部分。
  2．1 电源模块设计
  根据智能车的设计需求，需提供5 V电源为单片机、SD卡、测速模块、PCB板上电路、无线通讯模块等供电：6 V电源供给舵机，CCD摄像头需12 V的工作电压。其中的难点是12 V DC-DC升压电路。这里使用MC34063A搭建由7．2 V升压到12 V的升压电路。MC34063A是单片双极型线性集成电路，专用于直流一直流变换器控制，内置占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，可输出1．5 A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器，降压式变换器和电源反向器。图2为DC-DC升压电路原理图。

  

  
  2．2 电机及舵机驱动模块设计
  影响智能车速度的最关键因素是驱动力。“驱动力”不仅包括驱动电机，还包括电机驱动电路。电机驱动电路要能为赛车提供强大的动力，同时自身的功耗要小，能够保证在长时间大电流输出的情况下不升温且持续稳定工作。
  根据PWM调速电机驱动电路的性能指标。在实际制作过程中，主要采用以下两种方案：1)采用M一体成型电感器C33886级联组成驱动电路；2)采用MOSFET搭建H桥电路。

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