基于MC9S12XSl28的电磁智能小车的硬件设计 高海沙,丁晓慧
(商丘学院,河南商丘476000
摘 要:若要实现小车的直立行走,应该构建良好的硬件平台。本文按照电磁车体系结构,简单介绍了智能小车的硬件设计模 块,主要包括电源、核心控制、传感器、执行机构和人机接口等部分。各部分相互协调,最终使小车能够在最短的时间内沿着规 定的轨迹快速稳定地运行。
关键词:MC9S12XSl28单片机;传感器;电机
中图分类号:TN9文献标识码:A 文章编号:1674—7720(201607—0028—02 引用格式:高海沙,丁晓慧.基于MC9S12XSl28的电磁智能小车的硬件设计[J].微型机与应用,2016,35(7:28—29.
The hardware design of the intelligent electromagnetic car based on the MC9S12XSl28
Gao Haisha,Ding Xiaohui
(Shangqiu University,Shangqiu,476000,China
Abstract:As everybody knows that it should create a good hardware platform before the car can go standly.This article introduces the hardware design modules of the intelligent car which includes the power,the core controller,the sensors,the executing agency,the HMI and SO on.All of the modules should be coherent with another SO that the intelligent car can go fast and stablely along the set track using the shortest time. Key words:MC9S12XSl28;sensors;electrical machine
0引言
随着电子技术的不断发展¨。,能够自动进行识别轨迹 的智能小车得到了广泛的应用。2。。本文设计了这样一种 智能循迹小车,该智能车通过对道路传感器和加速度传感 器、陀螺仪所采集的数据进行处理,根据车模驱动轮上两 个编码器所采集的数据,来判断小车底盘的倾角、角加速 度和小车的方位、速度、转向角度等,进而控制小车底盘的 摆角和两个驱动电机的速度,使小车在最短的时间内稳 定、快速运行。本文采用控制器MC9S12XSl28作为系统 的唯一核心控制单元,并进行信号采样、处理、传输数据等 动作,以及产生PWM波控制电机的运转。
1系统硬件整体框架
电磁车体系整体结构框架如图1所示,大 致包括五个部分。 1.1电源部分
向各部分提供电能,包括7.2V电池和简 单实用的稳压电路。 1.2核心控制部分
核心控制部分主体是飞思卡尔公司的16 位单片机MC9S12XSl28,包含核心控制电路 板。通过分析传感器数据,提取赛道和小车自 身信息,运行控制算法,向执行机构发出动作信 号,控制赛车沿赛道行驶¨3。 28 1.3传感器部分
通过感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信息, 使小车完成赛道的检测并获得控制数据,从而使得各部分能 够协调工作。传感器模块包括两个陀螺仅和一个加速度。 1.4执行机构
执行动作信号,实现车的直立、前进、变速和转向。执 行机构包括电机驱动、电机。
1.5人机接口
实现模式和参数选择、状态指示、实时监控以及数据 传输与存储等人机交互功能,包括拨码开关、ZigBee无线 模块、LED状态灯等。
…~’、
:=>传感器部分 一…..J 图1整体框架图
《微型机与应用2016年第35卷第7期 万方数据
硬件与结构 Hardware and Architecture 2各部分外围电路的设计 2.1电源部分
电磁车的电机需要7.2V或者较高的电压,其他部分 需要5V的电压,由于该车模的电
池提供7.2V~8V的电压,因此 只需要一片性能稳定的稳压芯片
即可。电源分配图如图2所示。 2.2核心控制部分
核心控制部分由单片机 图2电源分配图 MC9S12XSl28最小系统板和核心控制电路板组成。核心控制 部分是关键。其中的单片机最小系统板MC9S12XSl28主要 包括时钟、旁路电容、电源接口、烧录和调试接口、I/0接口。 2.3传感器部分
通过感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信 息,为小车完成赛道的检测与跟踪以及实现小车的直立运 动控制提供所需的信息。传感器部分包括电磁传感器、角 度传感器、速度传感器三个模块。其中,角速传感器用于 测量小车底盘的倾角和加速度,而速度传感器用于感知车 模车身本身的行驶速度,是速度闭环控制的一个必须环 节。电磁车使用500线的欧姆龙光电编码器作为速度传 感器,安装在车尾与传动齿轮啮合。
2.4执行机构
执行机构主要包括电机驱动、电机。车模原装配件中 包括两个电机,电机驱动电路制作在核心控制板上,单片 机输出的PWM信号通过电机驱动控制电机的转速;电机 驱动使用H全桥电路,两路H全桥电路驱动两路电机。如
下图3所示为H全桥电路原理图。 2.5人机接口
人机接口主要用于单片机与1 调试者之间的交互,4位拨码开关 可以用于调整速度和相关参数,8 位LED用于显示当前车速状态,
无线模块用于实时传输数据147。 图3H全桥电路原理图 3结束语
本文介绍了智能循迹小车硬件系统各个模块的设计, 实现了电磁车的基本功能,但是要想进一步提高电磁车的 速度,在机械设计部分还需要注意很多细节,比如必须降 低小车的重心,在小车直立行走稳定性很高的情况下才能 通过优化软件算法来最大限度地提升小车的速度。
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[4]韩彩霞.单片机并行I/0口的扩展方法[J].微型机与应用, 2013,32(24:28—30. (收稿日期:2015—12-08 作者简介:
高海沙(1989一,通信作者,女,硕士,主要研究方向:计算 机测量与控制。E—mail:675984530@qq.COB。
丁晓慧(1986一,女,硕士,主要研究方向:认知无线电。 (上接第27页 图10是指令解析 响应模块仿真时序图, 该模块根据发来的读、
写、刷等命令,对 图lo指令解析州应模块仿真酬序幽 SDRAM的控制信号RAS—N、CAS_N、WE—N、CKE进行编码。 4结论
本文首先介绍了基于FPGA视频采集系统的整体设 计,对于采集和存储过程中实时性和高效性的要求,分别讨 论了ITU-656视频解码中需要从采集到的视频数据中提取 出有效视频数据流,以及将其调整为符合VGA显示的像素 大小。在存储模块中,SDRAM的工作时钟和视频采集系统 的时钟不同,为解决读写时钟不同步的问题,采用异步FIFO 实现跨时钟域的同步化,同时采用了两片SDRAM实现乒乓 缓存设计,对SDRAM控制器各个模块分别进行Modelsim 仿真验证,得出正确结果,可以满足系统的整体要求。
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(收稿日期:2015—12-03 作者简介:
王水鱼(1958一,男,副教授,主要研究方向:信号采集系统 与电子测量技术。 李艳婷(1992一,通信作者,女,硕士研究生,主要研究方 向:电路设计与系统集成。E.mail:1610622878@qq.com。
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