基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用39.docx
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基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用39
基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用39
毕业设计(论文)
专业通信工程
班级10级1班
学生姓名刘新
学号10205040117
课题基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用
---主监控程序和行使操纵程序的设计
指导教师夏巍
2021年6月1日
摘要
本文要紧是以全国大学生〝飞思卡尔〞杯智能小车竞赛为背景的一项课题研究。
本次课题研究要紧采纳利用飞思卡尔公司的32位单片机MPC5604MINI作为核心操纵单元,用CCD进行对道路信息的采集,用编码器对小车速度进行检测,使用7.2V锂电池进行供电,并用MPC5604MINI产生PWM波操纵电机模块和舵机模块,从而达到操纵小车的速度和转向。
本文要紧介绍主监控程序和行驶操纵程序的编写,确实是编写程序让小车各个部分和谐工作,让小车行驶并能够实现转向。
关键词:
智能小车;MPC5604MINI;主控电路;行驶操纵。
Abstract
ThisarticleisbasedonNationalCollege"FreescaleCup"smartcarcompetitionasaresearchbackground.TheresearchmainlyusesFreescale's32-bitsinglechipasthecorecontrolunitMPC5604MINI,andCarriedoutontheroadwithaCCDinformationcollection,anduseencodertodetectthespeedofthecar,usinga7.2Vlithiumbattery-poweredandusedtogeneratePWMwaveMPC5604MINImoduleandservomotorcontrolmodule,soastocontrolthecar'sspeedandsteering.Thispaperdescribesthepreparationofthemastercontrolproceduresanddrivingcontrolprogram,istowritetheprogramsothatthecoordinationofthevariouspartsofthecar,sothecardrivingandsteeringcanbeachieved.
Keywords:
Smartcar;MPC5604MINI;Controlcircuit;Drivingcontrol.
基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用
--—主监控程序和行使操纵程序的设计
电子与信息工程学院通信工程2020级1班刘新
指导教师夏巍
1引言
1.1课题研究意义
随着汽车电子和机器人智能技术的进展,智能车差不多成为自动操纵领域内的一个研究热点。
智能汽车是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统,集中的运用到了自动操纵、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、运算机、机械等众多学科,是典型的高新技术综合体,具有重要的军用和民用价值。
智能车辆(intelligentvehicles,IV)是智能交通系统的重要构成部分,其研究的要紧目的在于降低日趋严峻的交通事故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源题,同时降低人的劳动强度,让人类更好的生活。
在此背景下我们开始研发智能小车模型,随后显现了飞思卡尔智能小车竞赛。
我们现时期的研究要紧是为了飞思卡尔智能小车竞赛而进行的。
通过飞思卡尔智能小车的竞赛不断积存体会,为以后的智能车辆奠定基础。
1.2智能小车国内外概况
1.2.1国内研究概况
受教育部高等教育司托付,高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。
该项竞赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。
首届〝飞思卡尔〞杯全国大学生智能车邀请赛于2006年在清华大学成功举办。
此项赛事,在韩国已举办过多届,其专业知识涉及操纵、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、运算机、机械等诸多学科,对学生的知识融合和动手能力的培养,对高等学校操纵及汽车电子学科学术水平的提高,具有良好的推动作用。
在第一、二届的竞赛中参赛选手必须使用大赛组委会统一提供的竞赛车模,以Freescale公司生产的16位微操纵器MC9S12DG128作为核心操纵单元。
第三届那么要求参赛队伍除了X系列的微处理器不用以外,其他8位和16位微操纵器可由参赛对自己选择〔8位的单片机最多可选两块〕,这无疑给大伙儿一个更位大的选择余地,此届竞赛那么准许使用官方举荐的MC9S12XS128双核芯片及以往的8位极16位单核微控核心。
2007年,中国大学生制作的智能车的速度差不多打破了韩国智能车竞赛连续七届的冠军速度。
该项赛事现已在我国是成功举办五次,规模差不多有刚开始的112支队伍增加到了600支队伍,竞争差不多相当猛烈。
随着飞思卡尔智能汽车大赛的阻碍力加大,全国各类学校积极参加此项赛事,场面也越来越壮观,技术上也越来越成熟,各支队伍在技术上的创新也越来越多,对全国高校学子的各项能力进展起到专门大的作用。
1.2.2国外研究概况
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车操纵实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。
组委会将提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池,参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车,在专门设计的跑道上自动识别道路行驶,跑完整个赛程用时最短,而且技术报告评分较高的参赛队确实是获胜者。
制作智能车,需要参赛队伍学习和应用嵌入式软件开发工具软件Codewarrior和在线开发手段,自行设计和制作能够自动识别路径的方案、电机的驱动电路、模型车的车速传感电路、模型车转向伺服电机的驱动以及微操纵器MC685912DP256操纵软件的编程等等。
随着赛事的逐年开展,将不仅有助于大学生自主创新能力的提高,关于高校相关学科领域学术水平的提升也有一定关心,最终将有助于汽车企业的自主创新,得到企业的认可。
这项赛事在韩国的成功能够证明这一点。
2000年智能车竞赛第一由韩国汉阳大学承办开展起来,每年全韩国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛,至今已举办5届,得到了众多高校和大学生的欢迎,也逐步得到了企业界的极大关注。
韩国现代公司自2004年开始免费捐赠了一辆轿车作为赛事的特等奖项。
德国宝马公司也提供了不菲的资助,邀请3名获奖学生到德国宝马公司研究所访问,2005年SUNMOON大学的参赛者获得了这一殊荣。
近年来,飞思卡尔半导体公司参与举办的智能车大赛有了进一步的进展。
2020年12月13日飞思卡尔半导体在马来西亚UITM工程学院举办了首届飞思卡尔智能车大赛。
共有26组,涉及约52工科学生来自10个地点大学参加智能汽车竞赛。
该国竞赛由马来西亚科协举办。
1.3智能小车的进展前景
智能车辆系统的进步和进展需要运算机技术、信息技术、电子技术、通信技术、操纵技术、传感技术、机械制造等众多技术领域进展的推动,其进展又能够推动所涉及学科和技术的进步与进展。
这是一个能够将汽车产业,交通系统与信息产业紧密结合起来的新型领域。
智能车辆的研发为世界各国的高新技术产业提供了又一宽敞的进展空间。
欧洲、日本、美国等发达国家虽走在了前面,但目前与我国的实际差距还不是专门大。
因此,把握住这一机遇,有打算、有步骤地制定相应的进展策略,提供各种优待政策来积极指引和引导其健康进展,从而在改善和进展我国交通,提高交通安全性的同时,缩小该领域与发达国家之间的差距。
2系统设计及方案论证
2.1系统设计要求
本次研究必须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件,采纳飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微操纵器作为核心操纵单元,自主构思操纵方案进行系统设计,包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机操纵以及操纵算法软件开发等,完成智能车工程制作及调试,同时使用四轮车模通过指定的线阵CCD器件获得一维连续或者离散点赛道信息,最终完成基于单片机的自动操纵系统使得模型车在指定的跑道上自主循迹运行。
2.2系统设计方案
系统由CCD模块、测速传感器模块、主控模块、转向舵机模块、电机驱动模块。
框图如图2.1所示:
图2.1系统总框图
2.2.1主控芯片的选定
MC9S12XS128型开发板是以Freescale公司16位汽车级MCU芯片,MPC5604MINI型开发板是以Freescale公司32位汽车级MCU芯片,他们差不多上专为智能小车操纵设计的,能够减小我们的开发周期,同时也可用于其他二次开发等应用场合。
MPC5604MINI与S12XS128的比较:
用MPC5604MINI替代S12XS128,运算能力会有极大的提高;RAM空间有了大幅的增加,可适应复杂算法;有更多的UART、SPI、IIC通信接口,能够挂更多外设,更便于调试;PWM和脉冲计数功能比S12更强大、更方便好用;外部IO中断的使用更自由;DMA功能能够让摄像头车的设计大为改变,因此最后我们选择MPC5604MINI型开发板。
程序要紧用到MPC5604MINI芯片中的PWM模块,PIT模块、I/O模块以及SCI模块等模块化设计。
PWM模块要紧用来操纵舵机和电机的运转,捕捉编码器边沿触发并运算〝瞬时〞速度;PIT模块要紧是用在了定时读取速度和数据定时采集,I/O模块要紧是用来分配给指示灯和激光管的发射和同意;SCI模块要紧用在串口传送模块观测实时数据。
主控芯片中所用模块简介:
(1)PWM模块:
PWM调制波有3个输出模块,每一个输出模块有8个输出通道,每个输出通道都能够独立的进行输出。
每一个输出模块都有一个精确的计数器〔运算脉冲的个数〕,一个周期操纵寄存器和多个可供选择的时钟源。
每一个PWM输出通道都能调制出占空比从0—100%变化的波形。
每一个通道都能够通过编程实现左对齐输出依旧居中对齐输出,同时他们能够配置为低保真和高保真模式方便用户编程。
(2)PIT模块:
MPC5604MINI增强型捕捉计时器模块在标准定时器的基础上增加了一些特点,用以扩展它的应用范畴,基准计时器的核心仍旧是一个16位的可编程计数器,其时钟源来自一个预分频器。
该模块包括三个独立的定时器,能够方便用户编程同时他们的优先级能够设置。
(3)I/O模块:
MPC5604MINI拥有多达70个GPIO且他们都工作在总线频率下〔最高50M〕,每个IO可独立的配置为输入输出,内部上拉和自动。
利用其高的工作频率我们利用它来发射激光,在中断中实时读取IO信息〔激光反射信息〕并储备并用来判定赛道信息。
(4)SCI模块:
SCI是一种采纳NRZ格式的异步串行通信接口,它内置独立的波特率产生电路和SCI收发器,能够选择发送8或9个数据位(其中一位能够指定为奇或偶校验位)。
SCI是全双工异步串行通信接口,要紧用于MCU与其他运算机或设备之间的通信,几个独立的MCU也能通过SCI实现串行通信,形成网络。
MPC5604MINI里有四个SCI〔SCI0、SCI1、SCI2、SCI3〕,其中有两个工作在系统时钟下其他的工作在分频后的总线频率下。
2.2.2传感器模块
良好的巡线方式是保证模型车稳固快速运行的基础,也是调试过程中花费时刻和精力最多的一部分。
按照指导老师给出的定义与要求,车模通过采集赛道上中间的黑线信息进行自动循迹,运用CCD进行黑线信息的采集,我们有两种摄像头的选择,一种是CCD的,另一种是CMOS的,CCD的摄
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