智能汽车整体设计

YUFALAN

智能汽车整体设计
智能汽车系统主要包括以下模块：S12单片机模块、驱动电机、舵机、转速反馈和CCD视频采集模块。整体结构框图如图2.1所示。

图2.1 智能车系统功能模块图
2.1 导航方案的选取
以MC9S12DG128为核心，设计寻线方案并尽可能的提高车速，是获得比赛胜利的关键。
传统的寻线方案是使用“线型检测阵列”的红外传感器，这种方案实现简单，稳定性高，但只能获取有限的点信息，限制了更高级算法的应用，也限制了赛车速度的进一步提高。而摄像头获取的信息是面信息，不仅能获得当前赛车的偏移量，而且能判断前方赛道路面信息，为应用高级的控制算法提供了基础。摄像头所能探测的赛道信息远多于“线型检测阵列”探测到的，而且摄像头也有足够远的探测距离以方便对前方路况进行预判。另外一方面比赛规定使用的飞思卡尔16位单片机MC9S12的运算速率和自身A/D端口的采样速率，能够适应对黑白低像素摄像头的
有效视频采样和对大量图像数据的处理。
在第二届比赛中，采用摄像头方案的赛车普遍取得了比采用红外传感器方案的赛车更好的成绩，说明为得到更好的控制效果而增加系统的复杂性是值得的。上海交通大学的两支夺冠队伍同样都是采用的摄像头导航方案，他们在上届比赛中的骄人成绩也证明了这一点。实际上，摄像头除了具有比红外、激光等传感器采集信息更多的优势之外，还具有前瞻性极远的优势，这也为复杂算法的应用提供了硬件的基础。基于摄像头导航的种种优势，本系统选择了CCD面阵摄像头作为唯一的导航传感器。
表2.1系统资源需求表
驱动电机        速度控制        1路16位的PWM输出
PWM01
        电源        7.2V供电
驱动舵机        转向控制        1路16位的PWM输出
PWM23
        电源        7.2V电源
1个传感器A        速度反馈        1个脉冲累加器外部引脚
PACN32
        电源        5V电源
摄像头        图像采集        A/D端口
AD0通道
                3个中断引脚
PH0、PH1、PH2
        电源        7.2V电源
串口        与PC数据交流        接收RX口和发送TX口
SCI0
控制板        程序开始按钮        1个I/O端口
PORTK_BIT4
        复位按钮        1个
        指示灯        3个I/O输出口
PORTK_BIT0～PORTK_BIT2

2.2 系统资源需求与分配
根据本次大赛的特点，智能车的控制系统主要有道路信息采集模块，速度检测模块，电机驱动模块，舵机驱动模块及串口模块等，根据这些模块的功能和特点，现将所需要的资源总结表2.1所示。
2.3 硬件结构设计
2.3.1 车模结构特点
本项目采用后轮驱动，前轮转向。使用单个CCD摄像头进行导航，摄像头位于前轮轮轴后方中央40mm处,摄像头支撑杆高度290mm。流线型适合底盘的电路板置于小车电池与舵机之间紧贴底盘。这样的设计较比上届比赛时的设计更有效的降低了小车的重心。底盘无改动。经过改装后的车模参数如表2.2。
表2.2车模参数表
长        400mm
宽        200mm
高        290mm
重        1.16Kg
传感器个数        2个（1个CCD，1个红外）
其它伺服电机个数        0
检测精度、频率        40*48、50Hz
车模平均电流（匀速行驶）        800毫安

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