基于飞思卡尔单片机的两轮车控制系统设计

　　1.前言

　　本文以飞思卡尔的小车模型为对象，设计了以飞思卡尔单片机MC9S12XS128为核心，自主循迹的两轮车自平衡控制系统。

　　实验证明该方案在摄像头导航的两轮车系统中具有准确、快速、稳定的自主寻迹效果。

　　2.系统设计与原理

　　本系统以飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128单片机为控制核心，主要由电源管理模块、路径检测模块、车速检测块、加速度检测模块、角速度检测模块、直流电机驱动模块、液晶显示模块、串口调试等功能模块构成。在电源管理模块为系统提供稳定电源的基础上，单片机把加速度和角速度检测模块获得的小车姿态信息、路径信息检测模块获得的小车前进方向信息、车速检测模块返回的车速信息通过PID算法控制直流电机驱动模块，以使得小车在保持直立的前提下快速地行驶。

　　液晶显示模块可以实时地显示系统相关参数，串口调试模块把接收到单片机的数据送往上位机，方便相关参数及波形的实时观察和调试。系统框图如图1所示。

　　3.系统硬件设计

　　3.1 主控制器模块

　　本系统的主控制器是飞思卡尔公司生产的16位MC9S12XS128单片机，它负责对智能车所采集到的信号进行处理并向各个功能模块发送控制信号。MC9S12XS128单片机最高总线频率可达40MHz,片内资源包括8KRAM、8K EEPROM和128K Flash,拥有4路8位或2路16位脉宽调制模块（PWM）、2个8路10位A/D转换器和带有16位计数器的8通道定时器、UART、PIT、I2C、FTM等外部接口模块。

　　3.2 电源管理模块

　　可靠的电源是系统稳定运行的前提。

　　本系统采用额定电压7 . 2 V 、额定容量2000mAh的镍镉电池作为动力 源。为减小电源纹波，获得更稳定的供电电压，本系统选用串联线性稳压芯片LM2940搭建5V稳压电路，并分别向主控制器模块、路径信息检测模块、车速检测模块、加速度检测模块、角速度检测模块、液晶显示模块和串模口调试模块供电，再经过AMS1117稳压到3.3V,向无线传输模块供电。直流电机驱动模块则直接由电池供电。系统电源管理模块框图如图2示。

　　3.3 路径信息检测模块

　　由C O M S摄像头和硬件二值化电路组成的路径信息检测模块通过检测跑道两边2.5cm宽的黑线来拟合赛道中心以实现路径信息检测。COMS摄像头是按固定分辨率以隔行扫描的方式采集图像上的点，并将这些点的灰度值通过图像传感芯片转换成模拟电压信号，然后采用二值化电路把此信号转换成数字信号，通过单片机I/O口采集获得赛道信息。硬件二值化检测电路如图3所示。