其中,路径识别模块用来获取前方路况信息,以供单片机进行处理分析;电机驱动模块是智能车的动力来源;舵机驱动模块负责智能车的转向控制;车速检测模块与液晶显示模块分别用来检测与显示当前车速;电源模块负责给系统各个模块提供所需要的电压。
2 模块设计
2.1 控制器模块
系统采用飞思卡尔公司的MC9S12DG128B作为智能小车系统的微处理器,MC9S12DG128B单片机使用16位HCS12内核,拥有丰富的片内资源,具有128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM,核心运算频率50 MHz,总线频率可达32 MHz。MC9S12DG128B有16路A/D转换,精度最高可设置为10位;有8路8位PWM并可两两级联为16位精度PWM,特别适合用于控制多电机系统,它还具有丰富的I/O接口,支持断点功能和背景调试模式,完全能够满足本设计的需要。[page]
智能车采用8对RPR220型红外光电传感器作为路径识别元件,将其等间距安装在智能车前部的传感器板上,间距约为25 mm。在一定的对地垂直高度下,由于白色赛道和黑色引导线对于红外线的反射强度不同,不同位置处红外接收管接收到的红外光强会存在较大差异。因此通过单片机读取LM324的输出电平就能检测出黑线位置,从而判断行车方向。
2.3 电机驱动模块
系统选用工作电压为直流7.2 V的RS-380直流电机提供动力,电机驱动模块是控制小车驱动电机加速运行与减速制动的核心,因此驱动芯片的选择十分重要。系统选择了飞思卡尔公司的MC33886集成H桥驱动芯片。作为一个单片电路H桥,MC33886是理想的功率分流直流电机和双向推力电磁铁控制器。它工作电压从5~40 V,能够控制连续感应直流负载上升到5.0 A,PWM信号频率可达10 kHz;内部集成短路保护、欠压保护、过温保护等模块,安全性高;两路独立输入控制两个半桥的推拉输出电路的输出,两个无效输入使H桥产生三态输出。
MC33886驱动电路原理图如图3所示,将单片机的两路PWM输出接到MC33886芯片的IN1、IN2脚,通过改变两路PWM波的占空比控制电机两端电压,调节直流电机转速的快慢,从而实现正转、正转制动、反转、反转制动。
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驱动电机控制框图如图4所示。为了提高智能车运行的稳定性,采用PID算法实现直流电机的转速闭环调节,PID控制器的输入量为目标车速与实际车速的差值。
2.4 舵机驱动模块
智能车的运行方向并不是一直不变的,它应跟随引导线方向的变化而变化,智能车采用前轴转向方式,即将舵机输出盘固定在赛车前轴的中点上,利用舵机转动带动智能车转向,因此转向舵机的控制在智能车控制系统中十分重要。
系统采用的是日本双叶公司生产的Futaba S3010模拟电路控制舵机,该舵机的输入电压为4.8~6 V,舵机的控制信号是PWM信号,PWM控制信号的周期为10 ms,其高电平的宽度决定舵机输出舵盘的角度。如果只使用单个8位PWM通道,精度为1/255,舵机的转向角细分精度不能满足转向需要。而将两个8位的PWM通道合并为一个16位的PWM通道,舵机的转向精度就可达到1/655 36,控制精度得到大幅提高。舵机模块的硬件电路比较简单,由MC9S12DG128B的PWM0、PWM1两路8位PWM通道组成一路16位的PWM通道接在舵机控制线上,即能使舵机在±45°范围内转动。
在小车运行过程中需不断调整转向舵机,在程序编写中,每10 ms对舵机进行一次控制,设置一个舵机控制标志位,在定时中断程序中置位(每10 ms置位1次),在舵机控制程序中清零。舵机控制流程图如图5所示。
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2.5 车速检测模块
3 结语
本文对基于红外光电传感器的智能寻迹小车系统进行了分析与设计。着重介绍了智能车的控制器模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、车速检测模块、液晶显示模块以及电源管理模块等七部分的硬件电路设计,并给出了部分模块的控制框图及软件流程图。实际结果表明,该小车可以快速平稳地实现寻迹功能。图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
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