基于S12的光电式自动寻迹车的设计

引言

自动寻迹车是一种具备自主判断、决策能力的综合智能系统。它的设计集机械、电子、检测技术与智能控制于一体，在社会生活中有着广泛的应用，例如自动化生产线的物料配送机器人，医院的机器人护士，商场的导游机器人等。

全国“飞思卡尔”智能模型车大赛在这样的背景下产生，智能模型车比赛要求利用车上的视觉装置，使智能小车在给定的区域内沿着轨迹自动行进，在确保稳定性的情况下，速度最快者获胜，根据路径判别的原理不同，分为光电组、电磁组和摄像头组三种类型。本文所述智能车为光电组设计，采用与白色地面颜色有较大差别的黑色线条引导和反射式激光管识别路径，通过舵机驱动前轮转向，采用直流电机驱动后轮前进，并采用PWM实现电机的调速，使智能车快速、平稳地行驶。

总体设计思想

为了能够自主寻迹行驶，智能车应具有路径识别、方向控制、速度检测、驱动控制等功能，根据比赛规定，本设计以飞思卡尔公司提供的比赛专用车模为载体，以飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128单片机作为控制核心，用激光传感器来进行路径识别，采用前轴转向后轴驱动方式。为了精确的控制赛车速度，在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，由主控制器进行PID自动控制，完成智能车速度的闭环控制。整个智能车的设计可分为硬件设计与软件设计两部分。

硬件设计

硬件系统应包括主控制器选择、电源管理模块、寻迹传感器模块、测速传感器模块、舵机控制模块以及电机驱动模块。

主控制器模块

本设计以16位微处理器MC9S12XS128为控制核心，最高总线速度40MHz，模数转换器（ADC）转换时间3μs，具有出色的EMC功能。主要I/O口的分配如下:PA0～PA7共8位用于小车前面路径识别的输入口，PT7用于速度传感器检测的输入口；PWM1用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM3、PWM5用于驱动电机的PWM控制信号输出。

电源管理模块

电源管理模块为各部分提供动力，全部硬件电路的电源由7.2V镍镉蓄电池提供，由于系统各模块所需电压和电流容量不同，采用芯片LM2940将7.2V蓄电池转换为5V电源给单片机系统、路径识别的光电传感器、光电编码器等供电，由芯片LM2941提供6V为舵机提供电源，而为了提高伺服电机响应速度，电机模块直接由7.2V蓄电池提供电源。

路径检测模块

图1 总体结构

图2 车体结构和传感器布局及编码