基于MC9S12XS128智能電磁尋跡車(chē)的研究與設(shè)計(jì)

林田卓

摘 要：智能電磁尋跡車(chē)是集MC9S12XS128、軌跡檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、供電模塊等于一身的磁導(dǎo)航車(chē)。通有20kHz、100mA電的導(dǎo)線作為運(yùn)行軌跡，運(yùn)用工字型電感、干簧管等進(jìn)行信息檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。軟件部分包含：主函數(shù)、初始化、中斷模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊等。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試，可以在設(shè)定的軌跡上快速穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：MC9S12XS128；尋跡；檢測(cè)系統(tǒng)

材料供給和成品配送貫穿于企業(yè)生產(chǎn)，運(yùn)輸效率直接影響企業(yè)效益，因此選擇現(xiàn)代、高效、無(wú)污染的方式成為新趨勢(shì)。本次設(shè)計(jì)在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)鋪設(shè)帶電運(yùn)行軌跡，運(yùn)用電感線圈、干簧管等進(jìn)行軌跡識(shí)別，將數(shù)據(jù)傳送到MC9S12XS128進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)從初始位置沿軌跡運(yùn)行到結(jié)束位置后停車(chē)。

1 基本結(jié)構(gòu)

本文介紹的尋跡車(chē)由MC9S12XS128、MC33886、檢測(cè)電路、舵機(jī)、電機(jī)和電源等組成[1]。檢測(cè)電路的線圈采用工字型10mH電感，電路包括選頻、放大、檢波等；由穩(wěn)壓模塊產(chǎn)生5V和6V電用于主芯片、檢測(cè)電路、舵機(jī)等供電；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用橡膠輪式，MC33886輸出信號(hào)用于控制電機(jī)和舵機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和速度控制。

2 檢測(cè)電路

檢測(cè)電路包括選頻、放大、檢波等。由給定電流產(chǎn)生頻率為20kHz磁場(chǎng)，由諧振電路計(jì)算出電路的電容和電感值。68nF電容用來(lái)選頻，采集電壓信號(hào)用三級(jí)管進(jìn)行放大，倍數(shù)可調(diào)整R2來(lái)進(jìn)行提高[2]。檢波電路將檢測(cè)的信號(hào)給MC9S12XS128處理。

3 MC9S12XS128控制器和MC33886芯片

MC9S12XS128控制器有豐富的接口，接口具有通用I/O和特殊接口功能。MC9SXS128控制器的中斷向量由中斷地址和中斷號(hào)實(shí)現(xiàn)，因中斷號(hào)方式簡(jiǎn)潔，故采取中斷號(hào)進(jìn)入中斷[2]。本設(shè)計(jì)采用H口中斷和外部中斷（IRQ），I/O用到了8個(gè)，其中PORTA作為輸入口采集檢測(cè)模塊信號(hào)，PORTB口作為輸出口與LED燈相連顯示位置和運(yùn)動(dòng)信息。MC33886通過(guò)主芯片的PWM口輸出控制，將其輸出信號(hào)給電機(jī)和舵機(jī)控制運(yùn)行狀態(tài)，2片MC33886并聯(lián)減小發(fā)熱，同時(shí)加裝散熱片，當(dāng)輸入信號(hào)超出其內(nèi)部頻率啟動(dòng)自我保護(hù)停止工作。

4 軟件設(shè)計(jì)

為了體現(xiàn)程序的系統(tǒng)性和連貫性將程序按系統(tǒng)模塊分別處理，各模塊通過(guò)數(shù)據(jù)接口相互調(diào)用。系統(tǒng)軟件分為：初始化、數(shù)據(jù)處理、速度控制和軌跡識(shí)別等，為了便于調(diào)試設(shè)計(jì)了串口和定時(shí)等調(diào)試函數(shù)[3]。系統(tǒng)上電初始化進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，檢測(cè)電路采集數(shù)據(jù)經(jīng)處理得出軌跡信息，綜合當(dāng)前信息和速度作出處理，控制舵機(jī)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。程序包括主函數(shù)、變量初始化、AD和PWM初始化、AD中斷等。

5 軌跡識(shí)別與控制

工字型電感采集信號(hào)是連續(xù)的，當(dāng)其位于導(dǎo)線正上方時(shí)磁通變化率最快，檢測(cè)電壓最大，左右梯度減小，據(jù)此可知導(dǎo)線位置，確定運(yùn)動(dòng)軌跡。啟動(dòng)位置由六個(gè)直徑10mm、高2mm的永磁鐵一字排開(kāi)，用干簧管來(lái)檢測(cè)，當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到該位置延時(shí)50ms，第二次檢測(cè)到停車(chē)。數(shù)據(jù)采集與處理由AD模塊進(jìn)行，初始化并設(shè)置連續(xù)轉(zhuǎn)換方式后每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)換通道，每個(gè)通道轉(zhuǎn)換完后結(jié)果放入寄存器，一個(gè)序列完成后產(chǎn)生中斷，在中斷程序里將結(jié)果與閾值比較得出傳感器狀態(tài)值，由此可知車(chē)位置信息。由傳感器狀態(tài)值可知車(chē)與軌跡中心相對(duì)位置，當(dāng)?shù)谒膫€(gè)傳感器在導(dǎo)線正上方時(shí)檢測(cè)結(jié)果為0001000，車(chē)位于軌跡中間，默認(rèn)直道給電機(jī)賦值使速度達(dá)到最大。當(dāng)進(jìn)入彎道時(shí)磁場(chǎng)發(fā)生變化，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理得出位置信息并對(duì)占空比調(diào)整改變PWM，達(dá)到控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角與電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在彎道時(shí)一般給小占空比減小車(chē)速。傳感器布局如圖3，控制策略如表1。

6 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的智能電磁尋跡車(chē)以MC9S12XS128為控制器，通過(guò)工字型電感和干簧管進(jìn)行信息檢測(cè)，合理控制舵機(jī)和電機(jī)實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出整個(gè)系統(tǒng)的方案是可行的，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)作敏捷、行走平穩(wěn)，系統(tǒng)的控制策略和軟硬件合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃輝.基于電磁導(dǎo)航的智能車(chē)控制系統(tǒng)研究[D].南昌大學(xué)，2014.

[2]卓晴，黃開(kāi)勝，邵貝貝.學(xué)做智能車(chē)——挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯[M].北京航空航天出版社，2007：12.

[3]林濤，馬騰煒，陳亞勛，趙秀峰，馬鑫.基于MCU的自動(dòng)尋跡智能車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2012，（11）：14.