一种寻迹小车中分布式控制系统的设计与应用
此寻迹小车模型采用7.5V电池驱动,通过改变PWM占空比调速。小车可以在不完全确定的道路环境下,通过自我判断,对周围环境进行探测,并做出相应的反应(如左拐弯、右拐弯和改变速度等)。目前用在机器人上的多为价格较贵的超声波传感器和红外传感器等,本设计采用价格便宜的反射式光耦传感器来完成对周围环境的感知。此外,小车还具有良好的导航系统。
系统结构
本系统采用分布式结构,如图1所示。因为在车身控制系统中控制对象多而且分散,若采用点对点的集中控制方式,控制模块与被控对象之间就需要大量连接电缆,会导致车内布线复杂且制造和安装困难,并存在故障隐患。分布式系统结构可以根据控制对象的位置来设计控制模块,从而缩短了控制对象与控制模块之间的距离。各模块间通过LIN总线来通信,该方式仅需要一根线作为通信线。此外,分布式系统结构还可降低单板的静态电流,增加单板的稳定性。
图1 分布式车身控制系统结构图
根据系统功能要求和结构特点,本控制系统被分成主控模块和三个子模块(传感器模块、电机控制模块和灯控模块)。其中主控模块主要检测车身主体部分控制开关的状态,并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略,然后将控制命令通过CAN总线和LIN总线发送给相应的子模块,之后根据各子模块反馈的负载状态判断是否存在故障,若有故障则报警显示。同时,CAN总线接收上层CAN网络的某些信息。主控制模块的微控制器采用了可靠性高、抗干扰能力强的汽车专用芯片XC164CS,其内部集成了CAN的控制器。图2是主控制模块的硬件原理图。
图2 主控制器模块硬件原理图
电机控制模块中的微控制器采用的也是XC164CS,这是由于该系列微控制器中都有相应的单元可以实现对电机的控制,相当方便。本设计使用了两路电机控制小车的后轮驱动和前轮转向。对直流电机的驱动和控制采用了电机控制接口芯片TLE6209,它的内部集成了一个H型桥式电路,用来驱动电机,实现电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转和反转制动。16位微控制器XC164CS通过内部的CAPCOM模块产生一个10kHz的PWM信号给TLE6209,触发H桥电路。
3 传感器模块的设计
传感器模块中采用了微控制器XC866,主要用来采集8个传感器的值,传送给主控制板的XC164CS进行处理,然后产生相应的策略改变PWM占空比对驱动和转向电机做出相应的控制。同时,还要完成对通信模块数据的发送和接收,其硬件框图如图3所示。
图3 传感器模块硬件框图
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