基于MC9S12DG128单片机的智能车控制系统设计

本方案采用了两片MC33886并联，直流电机驱动模块的电路原理图如图4所示。

2.3 传感器电路设计

本智能车采用CMOS摄像头作为图像传感器，以保证赛道信息采集的准确有效。CMOS摄像头的输出信号是PAL制式的复合全电视信号，每秒输出50帧(分为偶场和奇场)。

2.4 无线数据传输模块设计

该智能车加装了基于射频收发芯片nRF403的无线数据传输模块，并可在此基础上实现MOD－BUS通信协议，这对测试智能车参数及程序调试很有帮助。在运行的过程中，可以将智能车的各项参数实时发送上来，而分析智能车的运行状态可以更有针对性地对控制程序进行改进。

3 软件设计

本智能车控制系统的程序结构如图5所示。这是一个两层的分级控制系统。底层控制包括“转向控制系统”和“车速控制系统”，上层主控程序则可通过改变底层控制系统的设定值、控制参数和约束条件，来对整个控制系统进行调度。设计这种分层结构的控制系统是参照了集散控制系统DCS的结构特点，程序各部分功能明确、结构清晰，便于调试和维护。

本系统软件所实现的功能主要是初始化、数据采集和滤波处理、道路识别、电机控制和舵机控制等。其中初始化主要是设置系统默认参数。其次是数据采集及滤波处理。为了尽量减少引入的纯滞后时间，本文提出了一种独具创新性的视频信号采集方法。即用MC9S12DG128单片机提供的SPI口直接读取经过二值化处理的视频信号。

至于电机控制。本系统是用单片机通过接收旋转编码器来检测智能车后轮转动所产生的脉冲数，然后采用位置式PID控制算法的递推形式对直流电机的转速进行快速准确地控制。位置式PID控制算法的递推形式如下：

△u(k)=Kp[e(k)－e(k－1)]+Kixe(k)+Kd[e(k)－2e(k-1)+e(k-2)]，u(k)=u(k-1)+△u(k)

式中：u(k)为k时刻控制器的输出；e(k)为k时刻的偏差；Kp、Ki、Kd分别为位置式PID控制算法的比例系数、积分常数和微分常数。舵机控制也是用单片机通过CMOS摄像头来检测路径信息，然后采用不完全微分PD控制算法来控制舵机的转角，从而实现路径跟踪。

本文介绍了一种智能车控制系统的设计与实现方法。通过大量实验测试证明，该智能车能快速平稳地在制作的赛道上跟踪黑色引导线并行驶，而且寻迹效果良好，控制响应速度快，动态性能良好，稳态误差小，系统的稳定性和抗干扰能力强。