基于电磁传感器路径识别的智能车控制系统

　　智能车辆是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合控制系统。“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛以迅猛发展的汽车电子为背景，是涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械以及车辆工程等多个学科交叉的科技创意性比赛。本文以此为背景，基于MC9S12xS128单片机设计了一种智能车系统

　　1 系统的总体设计方案

　　1.1 系统的总体构架

　　系统的硬件框架如图1所示。系统以飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128为控制核心，由电源管理模块、赛道信息采集模块、车速检测模块、电机驱动模块、舵机控制模块和调试模块组成。单片机通过电磁传感器采集道路信息，根据算法分析得出此时的智能车与赛道的偏离状况，然后再据此采用一定的控制算法控制智能车的舵机转向和直流电机的速度，从而实现智能车对路径的自动识别和寻迹。

　　
图1 系统地硬件框架图

　　1.2 MC9S12XS128芯片介绍

　　MC9S12XS128单片机的特点有：采用增强型的16位S12XCPUV2，片内总线时钟可达40MHz；具有128 k的Flash，8 k的RAM以及8 k的EEPROM存储器，具有2个SCI，1个SPI，1个8通道定时器，2个8通道可调转换精度的A／D口，1个8通道的PWM模块，91个离散数字 I／O口，1个MSCAN模块。该芯片具有速度快、功能强、成本低、功耗低等特点，能够实现控制电机转速、舵机响应、速度采集、路径识别等功能。

　　2 系统的硬件部分设计

　　2.1 电源管理模块

　　电源管理模块的功能是对电池进行电压调节，为各个模块正常工作提供可靠的工作电压。设计中除了考虑电压范围和电流容量外，还要在电源转化效率、降低噪音、防止干扰等方面进行优化。本系统小车全部硬件电路的电源采用7．2 V、2000mAh镍镉蓄电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同，因此将充电电池电压转换成3．3 V、5 V和7．2 V三个档，各模块和电源的关系图如图2所示。其中采用LM2596—5．0作为5 V的稳压芯片，采用LM2596—3.3作为3．3V的稳压芯片，电路图如图3所示。

　　
图2 电源系统结构图

　　
图3 电源模块的电路图

　　2.2 赛道信息采集模块

　　赛路信息采集模块是系统信息输入的重要来源，相当于智能小车的“眼睛”，主要负责将小车当前或前面位置的赛道信息输出给主控芯片处理；本系统使用4个电磁传感器采集赛道信息。

　　2.2.1 元件选择

　　电磁传感器检测赛道信息的原理是通过电感和电容组成的LC谐振电路检测赛道的信号，然后将检测到的信号通过运算放大器LM358进行放大，由于小车需要识别的频率为20 kHz，所以在谐振电路中，选取10mH的细绕组电感、6．8 nF的低频瓷介电容。