基于飛思卡爾單片機的智能小車設計與制作

李海波　陸善婷

【摘要】本設計以飛思卡爾單片機MK60DN512VLL10為核心芯片，通過信號收集處理并控制智能車各個硬件，實現(xiàn)對小車的遠程遙控控制，避免碰觸障礙物，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙物，行駛時間、速度、里程的顯示等幾大功能，并對其功能進行測試，整個控制系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)簡單，電路功耗低，所用元器件低價高性能，可靠性強，測試結(jié)果與預期結(jié)果一致。

【關(guān)鍵詞】飛思卡爾單片機 電機驅(qū)動 紅外遙控 超聲波避障 紅外避障

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）07-0224-01

引言

近年來汽車工業(yè)迅速發(fā)展，其中無人駕駛更受汽車工業(yè)發(fā)面的重視，道路識別、前進、倒車、紅綠燈檢測、道路行人識別與避障、速度控制等都是汽車工業(yè)無人駕駛方面的重要內(nèi)容，與此同時，關(guān)于汽車方面的研究也越來越多。全國電子競賽、各高校電子競賽、飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽等都有一智能車設計為題材，參設競賽，可見智能車方面的研究已越來越受關(guān)注。越來越多的高校都開始重視這方面的研究，可見其具有重要的研究和推廣意義。

1.系統(tǒng)總體設計概述

智能小車大體可分為由車體地板、單片機、電機、舵機、超聲波傳感器、紅外對管、紅外遙控等模塊組成（見圖1）。小車以飛思卡爾單片機K60為控制核心，實時監(jiān)測接收由紅外對管傳感器、超聲波傳感器、紅外遙控傳感器發(fā)送出來的信號，并對其信號進行解密處理，提取有效信號，控制舵機的轉(zhuǎn)向、電機速度、液晶顯示，和障礙報警。

2.電機驅(qū)動電路

本設計由兩個BTS7970構(gòu)成的H橋驅(qū)動電路實現(xiàn)驅(qū)動（如圖2）。由于采用了高性能的驅(qū)動電路，在程序上運用PWM波控制控制電機的轉(zhuǎn)速和啟停，加上使用編碼器準確的測速，利用PID算法控制PWM波，當編碼器將速度信息返回給單片機后，單片機自動進行比較給定的速度和實際測量的速度，然后將差值反饋給PID，通過適當?shù)腜ID算法控制電機的PWM波，使得電機速度快速達到預定值。

3.避障、循跡模塊電路

采用紅外避障、循跡傳感器，這是一種由紅外發(fā)射管與紅外接收管共同構(gòu)成的光電傳感器。光電開關(guān)就是利用這種電信號的變化而設計的。當這種電信號比較強時，說明有障礙物反射了紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線，光電開關(guān)為關(guān)狀態(tài)，當電信號較弱時，說明沒有障礙物反射紅外線，觀點開關(guān)為關(guān)狀態(tài)， 紅外避障傳感器就是利用光電開關(guān)的這一開關(guān)特性而設計的。當檢測到障礙物時，光電開關(guān)為關(guān)狀態(tài)，單片機采集到這個信號后，立即對舵機、電機的狀態(tài)進行改變，已達到避障的目的。

4.遠程遙控

針對遠程遙控技術(shù)，本設計中使用了目前使用較為廣泛的一種通訊和遠程遙控技術(shù)，由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。

本設計使用一體化紅外線接收器，是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。

5.系統(tǒng)軟件設計

本設計采用模塊化設計方法，在AIR Systems環(huán)境下采用C語言編寫程序。相關(guān)程序主要包括主程序、無線接收、電機驅(qū)動、避障、循跡、舵機控制、速度控制、按鍵、液晶顯示等程序模塊。

單片機通過不斷的循環(huán)檢測各個模塊發(fā)送過來的信號，當檢測到有無線遙控信號時，立刻切換到遙控模式，然后進行相應的動作，如果沒有檢測到無線信號，則繼續(xù)進行自動行駛模式，根據(jù)避障、循跡、超聲波等模塊采集到的信號，自動進行相應的動作，比如電機的速度控制、舵機的轉(zhuǎn)角控制、液晶顯示、障礙報警、脫離賽道報警等動作。

6.總結(jié)

本設計使用了在汽車工業(yè)領(lǐng)域的芯片行業(yè)具有一定主導地位的芯片公司（飛思卡爾）所生產(chǎn)的32位核心控制器——MK60DN512VLL10單片機，其具有多路時鐘發(fā)生器（MCG），配置有四種時鐘：內(nèi)核時鐘（core）、總線時鐘（bus）、外部總線時鐘（FlexBus）、Flash 時鐘（Flash clock），最高時鐘的頻率高達180MHz，具有高速的運行能力，另外帶有看門狗電源模塊，通過程序控制可達到待機狀態(tài)，具有低功耗的優(yōu)點。利用此款單片機設計一輛可智能避障行駛前進，外加各種數(shù)據(jù)采集、顯示實時行駛情況，故障、危險報警等一系列動作的全自動小車。

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