基于雙核多接口的智能汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)基本構(gòu)建如圖1所示，包括傳感器信號采集處理、動力電機(jī)驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制以及控制算法軟件開發(fā)等。
　　
雙核的引入
　　
在智能車的設(shè)計(jì)之初，我們分析認(rèn)為，在基于光電傳感器的智能車設(shè)計(jì)系統(tǒng)中重要的是信號的完整性，即通過傳感器獲得賽道信息和車的位置信息越多越好。通過比較8位和16位單片機(jī)的接口數(shù)目與性能要求，本設(shè)計(jì)決定使用兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元。

　　
雙核間通信接口SPI
　　
在車輛運(yùn)行過程中，三種傳感器的信息需要由控制器來采集，分別是光電傳感器、速度傳感器、角速度傳感器。由于角速度傳感器需要有一個(gè)準(zhǔn)確的采樣周期，我們使用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)1.2ms的時(shí)間基準(zhǔn)。在這個(gè)1.2ms的周期里執(zhí)行對三種傳感器的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)定時(shí)器的溢出中斷時(shí)執(zhí)行一次SPI的數(shù)據(jù)發(fā)送程序。SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的引腳上只占用四根線，分別是mosi，miso，sck，ss。我們使用1MHz的數(shù)據(jù)傳輸速度，使用3個(gè)字節(jié)來發(fā)送傳感器的數(shù)據(jù)，兩個(gè)字節(jié)發(fā)送速度傳感器和角速度傳感器的數(shù)據(jù)。
　
控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通信接口SCI
　　
車輛在行駛過程中的運(yùn)行狀況，是無法直接通過觀察來得到的，所以我們使用上位機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。使用wap200b無線串口模塊來發(fā)送數(shù)據(jù)，模塊使用3.0V供電，內(nèi)置高速M(fèi)CU，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確率高。單片機(jī)與模塊間通訊使用標(biāo)準(zhǔn)串口，將其設(shè)置為115200波特率、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)。一次通訊共發(fā)送7個(gè)數(shù)據(jù)。首先發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)作為握手信號分別是0x00和0xFF，之后使用3個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送傳感器信息，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送角度信息，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速度信息，最后一位保留位做以后擴(kuò)展使用，發(fā)送0x00。
　　
鍵盤與主控芯片的通信接口I2C
　　
車輛在實(shí)際調(diào)試時(shí)有許多參數(shù)需要不停的調(diào)試，如PID參數(shù)車輛的轉(zhuǎn)角及速度等。設(shè)置不同的參數(shù)時(shí)如果每次都重新下載程序的話會費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以在這里我們使用鍵盤來輸入車輛行駛時(shí)的參數(shù)。鍵盤控制芯片HD7279是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管(或64只獨(dú)立的LED)的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。
　　
我們使用單片機(jī)的4個(gè)I/O口來操作HD7279，分別為CS、CLK、DATA、KEY 。在這里我們可以通過鍵盤來設(shè)置一些參數(shù)，如PID的Kp、Ki、Kd參數(shù)，直線及彎道的速度等。
　　
A/D模塊在采集角速度中的應(yīng)用
　　
本系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換模塊主要用于采集陀螺儀的輸出值。由于模擬陀螺造價(jià)比較低，而在車?？刂葡到y(tǒng)中對角度精度的要求不是很高，所以使用模擬陀螺對車身姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。MC9S08DZ60內(nèi)部集成了12位數(shù)模轉(zhuǎn)換通道。由于模擬陀螺輸出信號范圍為0~5V，這樣單片機(jī)的參考電壓為+5V，由高精度穩(wěn)壓模塊單獨(dú)供電，確保轉(zhuǎn)換的精度。對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理程序如下：

　　void Gyro_Process(void)
　　{
　　if(Gyro_Start == 1)
　　{
　　unsigned int Max,Min,i,Value;
　　signed long Sum;
　　Gyro_Data_Num = 0;
　　while(Gyro_Data_Num 13)
　　{
　　Gyro_Collection();//AD轉(zhuǎn)換
　　后的數(shù)據(jù)采集函數(shù)
　　}
　　Gyro_Start = 0;
　　for(i=1,Max=0,Min=0xffff,Sum
　　=0;i13;i++)
　　{
Value=Gyro_Data_BUF[i];
　　Sum+=Value;
　　if(Max
　　Max=Value;
　　if(Min>Value)
　　Min=Value;
　　}
　　Sum= Sum-Max-Min ;
　　SUM_Test = Sum;
　　CarAngel_V=((((signed long)(Sum/10)- (signed long)Gyro_MidValue)*10000)>>16);
　　/限幅處理/
　　if(CarAngel_V > 0)
　　{
　　CarAngel_V = (CarAngel_V *
　　1013) / 1000;
　　}
　　if(CarAngel_V0)
　　{
　　CarAngel_V = (CarAngel_V *
　　1004)/ 1000;
　　}
　　if(CarAngel_V>32767)
　　{
　　CarAngel_V=32767;
　　}
　　if(CarAngel_V-32767)
　　{
　　CarAngel_V=-32767;
　　}
　　if(Gyro_Calibration_Flag == 1)
　　CarAngelRate = (unsigned int)
　　(CarAngel_V + 32767);
　　else
　　CarAngelRate = 32767;
　　}
　　}
　
TPM模塊在伺服電機(jī)中的應(yīng)用
　　
MC9S08DZ60擁有8路獨(dú)立的PWM通道，可以獨(dú)立配置PWM的頻率和占空比，最高頻率為總線時(shí)鐘頻率20MHz，可以滿足對舵機(jī)和電機(jī)的控制。同時(shí)此模塊還有兩路計(jì)數(shù)器模塊，可以采集碼盤返回的電機(jī)速度值，以便用于速度閉環(huán)控制。其中電機(jī)控制中的PWM初始化如下：

　　void Motor_init(void)
　　{
　　TPM2SC = 0x00; /* Stop and
　　reset counter */
　　TPM2MOD = VV_MAX;//15khz /* Period value setting */
　　(void)(TPM2C0SC == 0); /* Channel 0 int. flag clearing (first part) */
　　/* TPM2C0SC: CH0F=0,CH0IE=0,MS0B=1,MS0A=0,ELS0B=0,ELS0A=4 */
　　TPM2C0SC = 0x24;
　　/* Int. flag clearing (2nd part) and channel 0 contr. register setting */
　　TPM2C0V = VV_MAX/2; //50%占空比 /* Compare 0 value setting */
　　(void)(TPM2SC == 0); /* Overflow int. flag clearing (first part) */
　　/* TPM2SC: TOF=0,TOIE=0,CPWMS=0,CLKSB=0,CLKSA=1,PS2=0,PS1=0,PS0=0 */
　　TPM2SC = 0x08; /* Int. flag clearing (2nd part) and timer control register setting */
　　}

普通I/O接口的應(yīng)用
　　
MC9S08DZ60單片機(jī)的普通I/O口操作可以用于邏輯控制、顯示控制、信息采集等，其中對各個(gè)引腳的配置也比較簡單，需要配置方向寄存器PTXDD、上拉使能寄存器PTXPE，壓擺率寄存器PTXSE及數(shù)據(jù)寄存器PTXD，以A口為例：

　　Int_A()
　　{
　　PTADD=0X00;//作為輸入
　　PTAPE=0XFF;//上拉使能
　　PTASE=0XFF;//壓擺率使能
　　}
　　
程序需要讀取A口數(shù)據(jù)時(shí)直接讀出PTAD寄存器的值即可。
　　
結(jié)語
　　
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能車車中各模塊間的通信，對芯片的資源進(jìn)行了充分的利用，實(shí)現(xiàn)了智能車多狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證了車模的速度控制和路徑優(yōu)化，為以后的技術(shù)發(fā)展提供了很好的平臺。