苏ICP备112451047180号-6
基于单片机控制电磁采集信号的智能小车硬件设计
Abstract
The main content of this paper is to use the 32-bit SCM freescale company Kinetis10, in particular the runway design can trace the car driving on intelligence. Intelligent car system to Kinetis10 as the core, and use it to signal acquisition, data transmission and computing such action and create PWM wave to control the steering gear and motor. The whole system of microcomputer module, path recognition module, speed detection module, steering gear module, dc motor driver module, power supply module.
Intelligent car of hardware design including: two-way control motor drive, but at the same time for more power supply module of the power supply system, 3.3 V PWM waves of steering gear drive circuit, and the upper machine RS232 communication module of communication, etc.
Key word: Intelligent vehicles, Kinetis10, Power system, Two-way control.
一、 课题的意义
时代的变迁，科技的进步，自动化设备充斥在人们的四周。我所研究的题目为了可以让小车自动识别道路，从而实现正常行驶。该课题涵盖了控制、电子、电气、计算机等多个学科的知识，促进了高等学校素质教育，培养了大学生对所学知识的综合运用能力以及创新意识与动手能力。
本课题是基于单片机控制电磁采集信号的智能小车硬件设计，对此的研究在课题研究和实际生产方面都具有可观的价值。小车的运行采用电磁感应原理，通过产生的感应电动势来检测磁场强度以及方向，从而获得距离导线的位置，利用电磁感应进行小车导航。
二、国内外研究现状
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已经列入教育部主办的全国五大竞赛之一。目前，我们已经进入了万物智连的时代，智是智能，连是连接，这将是非常巨大的市场，权威机构预测市场规模超过万亿美元！这个市场孕育着巨大的商业机遇，可能会造就出超越BAT大公来，而中国，因有巨大的创新人才群体、完整的产业链而在智能硬件领域拥有巨大的优势，这也是“2015飞思卡尔智能硬件设计大赛"举办的产业背景。
首届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛于2006年在清华大学成功举办，此项赛事，在韩国已举办过多届，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科，对学生的知识融洽和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司的资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池、参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短，而且技术报告评分较高的参赛队伍获得胜利。随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提高，对于高校相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自主创新，得到企业的认可。这项赛事在韩国的成功证明这一点。2000年智能车比赛首先由韩国汉阳大学承办开展起来，每年全国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，得到了众多高校和大学生的欢迎，也逐渐得到了企业界的极大关注。
近年来，飞思卡尔半导体公司参与举办的智能车大赛有了进一步的发展。2008年12月13日飞思卡尔半导体在马来西亚UITM工程学院举办了首届飞思卡尔智能大赛。共有26组，涉及约52工科学生来自10个地方大学参加智能汽车竞赛。该国竞赛有马来西亚科协举办。
三、课题的研究内容
本课题是基于单片机控制电磁采集信号的智能小车硬件系统的设计，对此的研究在课题研究方面和实际生产方面都有可观的价值。通过传感器接收电磁信号，再配以其他辅助检测传感器，运用嵌入式系统对采集到的信息进行分析处理，控制汽车模型的行驶。由传感器捕捉到的电磁信号，经过单片机的A/D转换进行数字采样量化，将道路信息存储到片内Flash中，之后进行运算处理，把处理结果通过PWM、CAN网络输出到控制机构上，控制汽车模型的安全、平稳运行。
四、研究步骤
（1）通过网络，书籍等容查阅相关资料；
（2）准备开题报告和开题答辩；
（3）总结资料并确定论文结构；
（4）确定论文的设计方案；
（5）进行数据监测、收集；设计监控主电路等；
（6）单片机控制硬件实现及软件编程，调试及系统仿真；
（7）检查论文设计内容并进行修改；
（8）画图并完成论文内容，准备答辩。
五、参考文献
[1]赵盼. 城市环境下无人驾驶车辆运动控制方法的研究[D]. 中国科学技术大学，2012.
[2]邵贝贝. 学做智能车. 北京航空航天大学出版社，2007.
[3]王中杰，余章雄. 智能控制综述[J]. 控制工程，1998，(6)：1-6.
[4]王宏. 无人驾驶汽车技术引发全球相关立法革新[J]. 法律与生活, 2014, (19).
[5]卓晴等.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯.北京航空航天大学出版社, 2007.
[6]廖先浩. 智能小车弯道控制的研究与实现[D]. 重庆大学, 2014.
[7]夏士国, 刘功洲. 现代汽车的车轮定位及其检修[J]. 汽车维护与修理, 1998，(6)：12-15.
[8]飞思卡尔公司. MC9S12XS128 REFERENCE MANUAL. 2008.
[9]严一岩. 摄像器件新秀——CMOS微型摄像头[J]. 电子世界, 1999, (1)：47-47.
[10]王伟, 张晶涛. PID参数先进整定方法综述[J]. 自动化学报, 2000, 26(3)：347-355.
[11]Pop H F, Sârbu C, Chem. A. A new fuzzy regression algorithm.[J]. Analytical Chemistry, 1996, 68(5):771-778.
[12]李士勇，模糊控制·神经控制和智能控制论，哈尔滨工业大学出版社，1998
[13]Fritzke B. Fast learning with incremental RBF Networks[J]. Neural Processing Letters, 1994, 1(1):2-5.
[14]刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真. 电子工业出版社, 2003.
[15]陶永华，尹怡欣. 新型PID控制及其应用[M]. 北京:机械工业出版社. 1998.
摘 要
本文的主要内容是利用飞思卡尔公司的32位单片机Kinetis10，设计能在特定跑道上循迹行驶的智能小车。智能车系统以Kinetis10为核心，用它来进行信号采集、数据传输与运算等动作，并产生PWM波控制舵机和电机。整个系统由单片机模块、路径识别模块、速度检测模块、舵机模块、直流电机驱动模块、电源模块等组成。
智能小车的硬件设计包括：双向控制的电机驱动，可同时对多模块供电的电源系统，3.3V PWM波形驱动舵机电路，与上位机通信的RS232通信模块等。
关键字：智能小车，Kinetis10，电源系统，双向控制。
本文的主要内容是利用飞思卡尔公司的32位单片机Kinetis10，设计能在特定跑道上循迹行驶的智能小车。智能车系统以Kinetis10为核心，用它来进行信号采集、数据传输与运算等动作，并产生PWM波控制舵机和电机。整个系统由单片机模块、路径识别模块、速度检测模块、舵机模块、直流电机驱动模块、电源模块等组成。
智能小车的硬件设计包括：双向控制的电机驱动，可同时对多模块供电的电源系统，3.3V PWM波形驱动舵机电路，与上位机通信的RS232通信模块等。
关键字：智能小车，Kinetis10，电源系统，双向控制。
Abstract
The main content of this paper is to use the 32-bit SCM freescale company Kinetis10, in particular the runway design can trace the car driving on intelligence. Intelligent car system to Kinetis10 as the core, and use it to signal acquisition, data transmission and computing such action and create PWM wave to control the steering gear and motor. The whole system of microcomputer module, path recognition module, speed detection module, steering gear module, dc motor driver module, power supply module.
Intelligent car of hardware design including: two-way control motor drive, but at the same time for more power supply module of the power supply system, 3.3 V PWM waves of steering gear drive circuit, and the upper machine RS232 communication module of communication, etc.
Key word: Intelligent vehicles, Kinetis10, Power system, Two-way control.
一、 课题的意义
时代的变迁，科技的进步，自动化设备充斥在人们的四周。我所研究的题目为了可以让小车自动识别道路，从而实现正常行驶。该课题涵盖了控制、电子、电气、计算机等多个学科的知识，促进了高等学校素质教育，培养了大学生对所学知识的综合运用能力以及创新意识与动手能力。
本课题是基于单片机控制电磁采集信号的智能小车硬件设计，对此的研究在课题研究和实际生产方面都具有可观的价值。小车的运行采用电磁感应原理，通过产生的感应电动势来检测磁场强度以及方向，从而获得距离导线的位置，利用电磁感应进行小车导航。
二、国内外研究现状
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已经列入教育部主办的全国五大竞赛之一。目前，我们已经进入了万物智连的时代，智是智能，连是连接，这将是非常巨大的市场，权威机构预测市场规模超过万亿美元！这个市场孕育着巨大的商业机遇，可能会造就出超越BAT大公来，而中国，因有巨大的创新人才群体、完整的产业链而在智能硬件领域拥有巨大的优势，这也是“2015飞思卡尔智能硬件设计大赛"举办的产业背景。
首届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛于2006年在清华大学成功举办，此项赛事，在韩国已举办过多届，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科，对学生的知识融洽和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司的资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池、参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短，而且技术报告评分较高的参赛队伍获得胜利。随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提高，对于高校相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自主创新，得到企业的认可。这项赛事在韩国的成功证明这一点。2000年智能车比赛首先由韩国汉阳大学承办开展起来，每年全国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，得到了众多高校和大学生的欢迎，也逐渐得到了企业界的极大关注。
近年来，飞思卡尔半导体公司参与举办的智能车大赛有了进一步的发展。2008年12月13日飞思卡尔半导体在马来西亚UITM工程学院举办了首届飞思卡尔智能大赛。共有26组，涉及约52工科学生来自10个地方大学参加智能汽车竞赛。该国竞赛有马来西亚科协举办。
三、课题的研究内容
本课题是基于单片机控制电磁采集信号的智能小车硬件系统的设计，对此的研究在课题研究方面和实际生产方面都有可观的价值。通过传感器接收电磁信号，再配以其他辅助检测传感器，运用嵌入式系统对采集到的信息进行分析处理，控制汽车模型的行驶。由传感器捕捉到的电磁信号，经过单片机的A/D转换进行数字采样量化，将道路信息存储到片内Flash中，之后进行运算处理，把处理结果通过PWM、CAN网络输出到控制机构上，控制汽车模型的安全、平稳运行。
四、研究步骤
（1）通过网络，书籍等容查阅相关资料；
（2）准备开题报告和开题答辩；
（3）总结资料并确定论文结构；
（4）确定论文的设计方案；
（5）进行数据监测、收集；设计监控主电路等；
（6）单片机控制硬件实现及软件编程，调试及系统仿真；
（7）检查论文设计内容并进行修改；
（8）画图并完成论文内容，准备答辩。
五、参考文献
[1]赵盼. 城市环境下无人驾驶车辆运动控制方法的研究[D]. 中国科学技术大学，2012.
[2]邵贝贝. 学做智能车. 北京航空航天大学出版社，2007.
[3]王中杰，余章雄. 智能控制综述[J]. 控制工程，1998，(6)：1-6.
[4]王宏. 无人驾驶汽车技术引发全球相关立法革新[J]. 法律与生活, 2014, (19).
[5]卓晴等.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯.北京航空航天大学出版社, 2007.
[6]廖先浩. 智能小车弯道控制的研究与实现[D]. 重庆大学, 2014.
[7]夏士国, 刘功洲. 现代汽车的车轮定位及其检修[J]. 汽车维护与修理, 1998，(6)：12-15.
[8]飞思卡尔公司. MC9S12XS128 REFERENCE MANUAL. 2008.
[9]严一岩. 摄像器件新秀——CMOS微型摄像头[J]. 电子世界, 1999, (1)：47-47.
[10]王伟, 张晶涛. PID参数先进整定方法综述[J]. 自动化学报, 2000, 26(3)：347-355.
[11]Pop H F, Sârbu C, Chem. A. A new fuzzy regression algorithm.[J]. Analytical Chemistry, 1996, 68(5):771-778.
[12]李士勇，模糊控制·神经控制和智能控制论，哈尔滨工业大学出版社，1998
[13]Fritzke B. Fast learning with incremental RBF Networks[J]. Neural Processing Letters, 1994, 1(1):2-5.
[14]刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真. 电子工业出版社, 2003.
[15]陶永华，尹怡欣. 新型PID控制及其应用[M]. 北京:机械工业出版社. 1998.
目录
1 绪论 1
1.1选题意义 1
1.2 国内外概况 1
1.2.1国外概况 1
1.2.2 国内概况 2
1.3智能车的发展前景 3
2 系统设计及方案论证 3
2.1 系统设计要求 3
2.2 系统设计方案 3
2.2.1 主控芯片的选定 4
2.2.2 传感器模块 4
2.2.3 测速传感器模块 5
2.2.4 转向舵机模块 5
2.2.5电机驱动模块 5
3 主控芯片简介 6
3.1 Kinetis K10简介 6
3.2 所用模块简介 6
3.2.1 PWM 模块 7
3.2.2 PIT模块 7
3.2.3 I/O模块 7
3.2.4 SCI模块 7
4 智能车机械设计及安装 7
4.1 舵机的安装 8
4.2 前轮倾角的调整 8
4.3 后轮差动轮的调整 9
4.4 速度检测模块安装 9
4.5 传感器的安装 9
5 主板电路设计 9
5.1 主控芯片电路 9
5.2 外围电路 11
5.2.1 电源管理模块 11
5.2.3 速度检测电路 15
5.2.4 舵机驱动电路 16
5.2.5拨码开关电路 17
5.2.5 RS232通信模块 17
6 软件设计 18
6.1 开发工具 18
6.2 软件流程图 18
7 总结 19
8 致谢 20
参考文献 21
