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“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛学习报告分享
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2024-02-19
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“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛学习报告分享
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“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
学习报告
从外观上看,智能车系统主要表现为由一系列的硬件组
成,包括组成车体的底盘、轮胎、舵机装置、马达装置、道
路检测装置、测速装置和控制电路板等。硬件是智能车系统
的基础,没有一个好的硬件平台,智能车就无法运行。而软
件部分则是整个智能车系统的灵魂,软件的核心是控制算法,
完成这些任务的编程语言有汇编语言和 C 语言。在智能车竞
赛中,硬件往往大同小异,真正决定比赛成绩的往往是软件
部分,尤其是核心控制算法的设计。
下面从硬件和软件两个方面来解决一些智能车设计中
的问题。
硬件部分:
1. 飞思卡尔智能车的大脑与核心——MC9S12DG128。
MC9S12DG128 是飞思卡尔半导体公司的汽车电子类
产品,隶属于飞思卡尔单片机的 S12 系列,其内核为 CPU12
高速处理器。MC9S12DG128B 拥有丰富的片内资源,flash
达 128kb,有 16 路 AD 转换,精度最高可设置为 10 位;
有 8 路 8 位 PWM 并可两两级联为 16 位精度 PWM,特别
适合用于控制多电机系统。它的串行通信端口也非常丰富,
有 2 路 SCI,2 路 SPI 此外还有 IIC,CAN 总线等端口,并
且采用了引角复用功能,使得这些功能引角也可设置为普通
的 IO 端口使用。此外它内部还集成了完整的模糊逻辑指令,
可以简化我们的程序设计。
MC9S12DG128 的功能非常强大,也很复杂,但是我
们也不需要完全了解,只需要学习智能车制作中用到的几个
模块,比如 ECT、ADC 、PWM、MDC、PLL、SCI 等。S12
单片机在使用过程中会涉及到电源、时钟、滤波、IO 接口、
复位、BDM 接口、串行通讯等各种硬件电路设计,电路布
局可以参考飞思卡尔官方用户指导的说明。同时各寄存器模
块功能参数也可以查阅用户指导。
2. 智能车动力的源泉——直流电机。
直流电机为智能车提供动力,控制着智能车的车速,是
智能车系统的重要部分。在飞思卡尔智能车大赛中,电机涉
及到的方面包括驱动电路,电机调速电路,转速测量电路等。
1) 电机驱动电路。
图 1
图 1 是一个典型实用的简单直流电机调速驱动电路,功
率管的选择由电机的功率决定,由于电机启动的时候存
在较大的浪涌电流,其标称电流取电机正常工作时电流
的 3~5 倍。PWM 信号的占空比决定电机的转速,故
电机的调速可通过改变 PWM 信号的占空比实现。
2) PWM(脉宽调制)调速
在 PWM 调速系统中,在电源电压 Ud 不变的情况
下,电枢端电压的平均值 U0 取决于占空比的大小, 即
改变占空比的值可以改变电枢端电压的平均值,从而达
到调速的目的。一般可以采用定宽调频、调宽调频、定
频调宽三种方法改变占空比的值,但是前两种方法在调
速时改变了控制脉宽的周期,当控制脉冲的频率与系统
的固有频率接近时将会引起振荡,因此常采用定频调宽
法改变占空比的。
图 2. PWM 调速控制输出电压波形
直流电机电枢两端电压:
电机驱动调速电路既可以直接采用 MC33886 电
机驱动芯片,也可以采用大功率 MOS 管来自行设计电
机驱动电路。
图 3. MC33886 驱动电路
图 4. 大功率 MOS 管驱动电路
3). 车速检测
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张折耳
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