基于K60單片機的貨物配送智能小車的設(shè)計

周陽+陸干松+汪瑞+王慶宇+郝保明

摘 要：本文研究的是基于攝像頭的自動送貨小車，它可以自己采集道路上的信息，判斷道路上的情況，從而進行轉(zhuǎn)彎，停車，卸貨的功能。它是一種由主控芯片（Kinetis60）控制攝像頭二值化采集道路信息，單片機處理信息，輸出各種處理信息，各個模塊分工合作，借助位置式PID[1]算法精準的控制舵機，采用雙MOS管驅(qū)動電機，最終控制小車完成指定功能。

關(guān)鍵詞：Kinetis60單片機；位置式PID；循跡小車；智能送貨

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.260

1 引言

近年來，網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)達，隨之而來的是貨運業(yè)務(wù)的鼎盛期，網(wǎng)絡(luò)推動一個社會的發(fā)展，也推動貨物投送業(yè)務(wù)的發(fā)展，同時也推動了快遞業(yè)務(wù)的發(fā)展。于此同時大量的投遞工作也給從事投遞行業(yè)的人們增加了很大壓力，因此智能投送尤其重要。智能送貨小車可以不受天氣的影響實現(xiàn)無人送貨，只要有合適的道路就可以送貨，大大減少了送貨人員的工作量，減輕了工作人員的負擔。

2 基于K60的智能送貨小車的總體設(shè)計方案

該設(shè)計是以Kinetis60單片機為主控芯片，通過K60單片機的內(nèi)部資源[2]，如PWM、AD、定時器、外部中斷、串口等功能。通過并行口對二值化數(shù)字攝像頭進行采集，并行口具有傳輸速度快，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的特點。同時鷹眼攝像頭的采集速度要比其它攝像頭采集速度快，圖像更穩(wěn)定。在低亮度和強光照下比其它攝像頭具有更好的圖像輸出。

攝像頭二值化圖像輸出后，單片機采用DMA采集，直接將輸出的圖像存儲到單片機內(nèi)存中，單片機再逐幅圖像進行處理，找出道路兩邊，根據(jù)兩邊計算出中心線。單片機根據(jù)計算出的中心線來進行車的正前方的偏差，通過位置式PID進行舵機控制。

3 硬件電路設(shè)計

硬件電路分為電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、MOS管電機驅(qū)動模塊。下面分別介紹下電源模塊、傳感器模塊和電機驅(qū)動模塊。

3.1 電源模塊電路

這個系統(tǒng)是通過一節(jié)7.2V的香山紅葉電池來供電，然而單片機系統(tǒng)需要的是3.3V電源，傳感器模塊也需要的是3.3V電源。所以我們需要對電源進行降壓設(shè)計。通過7350電源芯片穩(wěn)成5V電源，前后均有濾波電路，單片機需要的3.3V通過AMS117來進行穩(wěn)壓。由于7350的壓降值非常小而且電流比較小，因此只作為主控芯片供電。

3.2 傳感器模塊電路

系統(tǒng)需要應(yīng)用攝像頭來采集信息，我們采用的是較為成熟的且業(yè)界口碑較好的OV7725數(shù)字攝像頭。OV7725攝像頭中的數(shù)據(jù)是通過8位并行口進行讀取，我們將攝像頭的8位并行輸出口接單片機的連續(xù)IO口，這樣方便程序的處理。攝像頭的SCCB控制口沒有特殊要求我們接的是普通I/O口。時鐘線和場中斷線接普通IO口。

3.3 電機驅(qū)動模塊電路

電機驅(qū)動模塊的作用是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，并對電機轉(zhuǎn)速進行控制，從而使得小車前進和停止。速度的控制有主控芯片產(chǎn)生的PWM[4]來控制電機驅(qū)動電路來控制電機的直接驅(qū)動。驅(qū)動芯片需要12V的電源供電，因此需要有升壓電路來提供。驅(qū)動部分有雙MOS管和IR2104芯片部分電路完成。

4 軟件代碼調(diào)試

系統(tǒng)開始工作，首先初始化UART串口、PWM、中斷，初始化結(jié)束程序進入大循環(huán)。把小車道路方向放直，單片機開始采集OV7725攝像頭的數(shù)據(jù)，通過PID控制小車的姿態(tài)，在程序的循環(huán)里始終處理道路信息，處理完成后進行舵機控制，實時調(diào)整小車姿態(tài)。

5 結(jié)論

本文針對貨物配送智能小車的設(shè)計，對其控制原理、結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計及其硬件設(shè)計做了充分的介紹。通過軟硬件的修改、參數(shù)的整定、算法的優(yōu)化，實現(xiàn)了送貨小車自主送貨的基本的功能。在此過程中學習了硬件結(jié)構(gòu)，軟件調(diào)試、了解了各種結(jié)構(gòu)和PID算法功能。接下來將以此為基礎(chǔ)，更加深層次地研究智能送貨小車的設(shè)計過程，實現(xiàn)理論研究的應(yīng)用價值。

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