视觉导引车控制系统硬件设计(6)
对于智能车车来说，决策有两个：一个是转向舵机的控制，一个是驱动电机的控制，对于转向舵机的控制，所进行的也是闭环控制，通过图像传感器得到赛道的位置信息，然后根据相邻周期的图像信息获得车体与赛道的误差，然后经过PID算法，得到舵机的PWM波控制信号，从而控制小车转向。对于驱动电机亦是如此，根据图像信息给予电机一个控制信号，同时获得编码器反馈回来的速度信息，将误差作为处理对象，经过算法得到一个PWM波控制信号，控制驱动电机，保证小车实际速度要及时响应单片机的控制速度。
2.4 本章小结
通过这一部分的分析概括，我们了解探究了视觉引导智能小车的基本组成部分和基本工作原理，并给出了框图描述，在系统模块化的基础上，确定了硬件系统的具体方案。
硬件是算法和软件的基础，优化的硬件结构设计会大大减轻软件负担，这同时也对硬件设计者提出了较高的要求。对于智能车而言，只有软硬件相互结合才能是单片机系统得到良好的开发，硬件上的稳定为软件、算法的实现提供了一个具体的平台，只有硬件电路合理、工作稳定，单片机MC9S12XS128的信号处理能力才能得到最大程度的体现。
3.1 硬件电路整体设计框图
图3.1给出了硬件电路的基本模块组成
图3.1 视觉导引车控制系统总体结构框图
各模块功能介绍如下：
(1)电源管理模块：对电池电压实时显示，电平转换并提供稳压输出，为系统各模块可靠供电。
(2)单片机最小系统：以飞思卡尔16位单片机为核心控制器，完成传感器信息的析处理，决策直流电机及伺服舵机的控制。
(3)传感器模块：包括视觉传感器和速度传感器，其中视觉传感器是摄像头，速度传感器是编码器。它们将采集前方路径信息、车体速度信息，并反馈给控制器。
(4)电机驱动模块：根据控制器输出的PWM信号进行直流电机的转速控制。
(5)舵机模块，主要根据控制器的PWM信号进行舵机角度的控制
(6)人机交互模块：提供运行模式输入接口，显示系统的运行状态。
(7)调试模块：通过蓝牙或无线影音将传感器数据实时发送到上位机，便于上位机的数据分析和参数修正，从而提高调试效率。
3.2 系统控制模块
单片机最小系统板使用MC9S12XS128单片机。
MC9S12XS系列单片机是高性能MC9S12XE系列单片机的经济性、高效性产品的补充，带有一套为汽车车身和乘客舒适度应用而优化设计的改进型片上外围设备、存储器等模块，可应用于汽车座椅控制模块、空调控制模块、各种车身控制模块等的设计应用。
而MC9S12XS128芯片采用5V供电，功能强大，总线频率高达40MHz。芯片含有丰富的片内设备，包括128K的Flash存储器，8K的RAM，8K的EEPROM，两路串行通信接口(SCI)，一路串行外围接口(SPI)，八路定时器通道，两个（80引脚型有一个）八路可调转换精度的A/D口，八路PWM输出，91（80引脚为59）个离散数字I/O口，一个MSCAN模块。
MC9S12XS128单片机有112引脚和80引脚两种型号，前者比后者多出8位AD口和其他的一些引脚资源。基于模块化设计的思想，这里专门设计了单片机子板，以便文护和更新。同时，参考数据手册，对单片机的外围电路进行了详细的设计，高质量的实现了去耦、旁路与隔离等作用，保证了其稳定性能。在对小车各个模块进行逐一分析后，确定了单片机的引脚分配。基本原则是：将不用的引脚省去，有用的引脚按芯片实际引脚分两侧引出。这样做既减小了子板面积，又降低了布线难度。引脚分配如表3.1。