基于MK60DN512的電磁智能小車的硬件設(shè)計(jì)

(貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院 貴州 貴陽 550025)

一、引言

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展[1]，能夠自動(dòng)進(jìn)行軌跡識(shí)別的智能小車得到了廣泛應(yīng)用[2]。本文設(shè)計(jì)了這樣一種智能尋跡小車，該智能車通過對(duì)電磁傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再根據(jù)車模驅(qū)動(dòng)上兩個(gè)編碼器所采集的數(shù)據(jù)來調(diào)整小車的方位、速度、轉(zhuǎn)向角等，進(jìn)而控制小車舵機(jī)的轉(zhuǎn)幅，使小車在最短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定快速運(yùn)行。本文采用MK60DN512作為系統(tǒng)的唯一核心控制單元，并進(jìn)行信號(hào)采樣、處理、傳輸數(shù)據(jù)等動(dòng)作，產(chǎn)生PWM波控制電機(jī)的運(yùn)行。

(一)系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件的整體框架如圖1-1所示。

(二)核心控制部分

核心控制部分主體是由飛思卡爾公司提供的16位單片機(jī)MK60DN512，K60是一款針對(duì)汽車電子市場(chǎng)的高性能的32位單片機(jī)，具有速度快、功能強(qiáng)、成本低、功耗小等特點(diǎn)。K60作為整個(gè)智能車的“大腦”，將采集電感傳感器、編碼器等傳感器的信號(hào)，運(yùn)行控制算法，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和伺服電機(jī)完成對(duì)智能車的控制[3]。

(三)傳感器部分

通過感知外部世界的環(huán)境信息和車模自身的狀態(tài)信息，使小車完成賽道的檢測(cè)并獲得控制數(shù)據(jù)，從而使得各部分能夠協(xié)調(diào)工作。傳感器模塊包括多個(gè)電磁傳感器以及編碼器。

(四)人機(jī)接口

實(shí)現(xiàn)模式和參數(shù)選擇、狀態(tài)指示、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)等人機(jī)交互功能，包括撥碼開關(guān)、無線傳輸模塊、LED狀態(tài)燈等。

圖1 整體框架圖

二、各部分外圍電路的設(shè)計(jì)

(一)電源部分

電磁車的電機(jī)需要7.2V或者更高的電壓，其他部分需要5V的電壓，由于該車模的電池提供7.2V-8V的電壓，因此只需一片性能穩(wěn)定的穩(wěn)壓芯片即可。電源分配圖如圖2所示。

圖2 電源分配圖

(二)核心控制部分

核心控制部分由單片機(jī)MK60DN512最小系統(tǒng)板和核心控制電路板組成。核心控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。其中的單片機(jī)最小系統(tǒng)板MK60DN512主要包括時(shí)鐘、旁路電容、電源接口、燒錄和調(diào)試接口、I/O接口。

(三)傳感器部分

通過感知外部世界的環(huán)境信息和車模自身的狀態(tài)信息，為小車完成賽道的檢測(cè)與跟蹤以及實(shí)現(xiàn)小車的快速行走提供所需要的信息。傳感器部分主要由電磁傳感器感知賽道信息，電磁車使用500線的歐姆龍光電編碼器作為速度傳感器，安裝在車尾與傳動(dòng)齒輪嚙合。

(四)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路制作在核心控制板上，單片機(jī)輸出PWM信號(hào)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用H全橋電路，兩路H全橋電路驅(qū)動(dòng)兩路電機(jī)。如下圖所示為H全橋電路原理圖。

圖3 H全橋電路原理圖

(五)人機(jī)接口

人機(jī)接口主要用于單片機(jī)與調(diào)試者之間的交互，4位撥碼開關(guān)可以用于調(diào)整速度和相關(guān)參數(shù)，8位LED用于顯示當(dāng)前車速狀態(tài)，無線模塊用于用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)[4]。

三、結(jié)束語

本文介紹了智能車尋跡小車硬件系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電磁車的基本功能。首先，要想進(jìn)一步提高電磁車的速度，在機(jī)械設(shè)計(jì)部分就必須考慮各硬件間結(jié)構(gòu)的相互整合，在安裝過程中盡量降低小車的重心，降低小車的底盤，并對(duì)其轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化，最大限度的提升小車的速度，其次，需要考慮的是對(duì)電磁傳感器安裝高度的調(diào)整，以便電磁傳感器在一個(gè)合理的高度采集到最佳的電磁信號(hào)。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]王威.HCSI2微控制器原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]韓彩霞.單片機(jī)并行I/O口的擴(kuò)展方法[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013,32(24)：28-30.