基于“飞思卡尔”单片机MK60DN512ZVLQ10的智能车设计
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决策， １ ９ ９ ９ ， １ ４ （ ２ ） ： １ ７ ７ — １ ８ ０ ． 图 １ 系 统 总体 结构 图 ３ 硬 件 电 路 设 计
硬件电路 主要包括最小系统板 ， 核心板和驱动板 。
３ ． １电源 模 块
供电分为四个部分 ： 电机驱动 、 核心板 、 舵机与摄像头 。电机驱 动 电压直接 由电池压提供 ， 选择 Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０提供 ５ Ｖ稳 压 ， 线路简单 ， 稳 定 性 好 。选 择 Ｌ Ｍ２ ９ ４ １芯 片 作 为 ６ Ｖ稳 压 芯 片 给 舵 机 供 电 。 Ａ ＭＳ １ １ １ ７的线 性度好 ， 效 率高 ， 作为 ３ ． ３ Ｖ稳 压芯片 ， 给摄像 头和液
与 赛 场 纪律 ．
［ ２ 】 卓 晴， 黄开胜， 邵 贝贝． 学做智 能车： 挑战 “ 飞 思卡 尔” 杯【 Ｍ 】 ． 北京 ： 北 京航 空航 天大学出版社， ２ ０ ０ ７年 ．
［ ３ １ Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ
『 ４ １ 吴卫国， 蒋平’ ， 陈辉 堂， 等． 移动 小车轨 迹跟踪的 力矩控 制【 Ｊ １ ． 控 制与
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１ ０ ８ ・
科 技 论 坛
基于“ 飞思卡尔” 单片机Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ １ ０ 的智能车设计
张 瑾 孟利利 梁剑飞 （ 扬 州大学 广陵学院。 江苏 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ ９ ）
摘 要： 本文设计的智能车以 ＭＫ６ ０ ＤＮ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ１ ０为核心控制 单元 ， 采用“ 飞思卡 尔” 提供 的 Ｂ车模 。 硬件 电路主要 包括 电源模块和 电机驱动模 块 ； 软件核心部分是采用 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法对舵机转向和电机速度进行反馈控制 。实验结果表明 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法结构 简单 ， 工作 稳 定性好 ， 易于调试 ， 优化 了智能车的性能 ， 使其更加平稳快速。 关键词 ： 智能车 ； ＭＫ ６ ０ ＤＮ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ１ ０ ； Ｐ Ｉ Ｄ控 制算法 １ 概 述 第ｋ 次输 出控制量 ； ｅ （ ｋ ） 第 ｋ次偏差 。 随着信息技术在汽车 中不断发展与应用 ， 汽车智能化 已成必 然 ４ ． ２舵机控 制算法设计 趋势 。不过我 国的智能车技术仍不够成熟 ， 目前研究 主要集 中在 高 舵机采 用位置式 Ｐ Ｉ Ｄ算 法（ 式２ ） ， 因不需考虑智 能车 已行驶 路 校， 为加强大学生实践 、 创新 能力和团队精神的培养 ， 该竞赛 以智 能 线与赛道复杂等情况 ， 所 以舵机控制采用分段 Ｐ Ｄ控制 ， 即根据赛道 汽 车为研究对象的创意性科技竞赛 ， 要求在标准技术平 台下完成 软 类型调整参数 Ｐ和 Ｄ。比例 系数 Ｐ主要控 制舵 机转 向 ， 微分 次数 Ｄ 硬件 系统 的设计【 。 】 本文介绍智能车系统 的总体结构和硬件电路设 保证小车正常行驶时快速矫正。 计， 详细介绍 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法在舵机转 向和 电机速度的应用 。 ４ ． ３速度控制算 法设计 ２ 系统总体 结构 经过 多次测试 ， 采用增量式 Ｐ Ｉ Ｄ控制 ， 基本策 略是 直道加速 ， 弯 本文所设计 的智能汽车系统包括三个组成部分 ：检测系统 ， 控 道减速 。智能车响应较快 ， 调速 准确且平稳 。增量式 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法 制 决策系统 和动力系统 。其 中检测 系统采用 ０ Ｖ ７ ７ ２ ５和 光 电编码 为 ： Ａｕ （ ｋ ） ＝ｋ ｐ （ （ ） 一ｅ （ ｋ —１ ） ） ＋ｋ ｉ ｅ （ ｋ ） ＋ｋ ｄ （ 女 ） 一２ ｅ （ ｋ—１ ） ＋ｅ （ ｋ 一２ ） ） （ ３） 器， 分别用于检测赛道信息和反馈智能车速度 ， 并传至单片机。 控制 决 策系统采用 Ｍ Ｋ ６ ０ 作为主控芯片 ， 动力 系统 同于控制舵机 的转角 ５结 论 和直流电机 的转速 ， 其 系统设计框图如图 １ 所示 。 本 文设计 的智能车系统 采用 Ｐ Ｉ Ｄ控制算 法对舵机 转 向和 电机 速度进行反馈控制 ，实验结果表明 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法工作稳 定性 好 ， 易 于调试 ， 可实现智 能车在跑道上平稳快速行驶的 目标 。 参考文献 【 １ ］第十一届 全国大学生“ 飞思卡 尔” 杯智 能汽车竞 赛竞 速比赛规则
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ＪFra Baidu bibliotek
ｕ （ ） ＝ ｋ ｅ ｛ Ｐ （ 足 ） ＋ ’ ＿ 』 ∑ｅ （ ｊ ） ＋ 詈 （ ） 一 （ 一 １ ） 】 ）
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（ ２ ）
其中， ｒ （ １ （ ） 为第 ｋ次 给定 ｋ 的比例系数 ； Ｔ 。 为积分 时间常数 ； Ｔ Ｄ 为微分时 间常数 ； Ｔ为采样周期值 ； ｃ （ ｋ ） 为第 ｋ次实 际输 出值 ； ｕ （ ｋ ） 为
度反馈处理。 ４ ． １ 控 制 算 法 设 计 Ｐ Ｉ Ｄ控制器将偏差 的比例（ Ｐ ） 、 积分（ Ｉ ） 和微分（ Ｄ ） 通过线性组合构
成控制量 ， 对被控对象进行控制。在计算控制系统中， 采用数字 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 ， 规律 为 ： ｅ （ ｋ ） ＝ｒ （ ｋ ） 一ｃ （ ｋ ） （ １ ）
晶供 电。 ３ ． ２电机驱动模块 驱动电路的主要指标是 能通过 大电流 ， 因此选用极低导通阻抗 和转换速率快 的 Ｉ Ｒ Ｆ ３ ２ ０ ５为智能 车驱 动 电机提 供控制 和驱 动 。另
外， 设计栅极驱动 电路可以提高 Ｐ ＷＭ控制方式 的调制频率 ， 减少 电 枢 电流脉动 ， 提高 电路工作的可靠性 。 ４ 系统软件设计 软件包括图像采 集 、 图像处理 、 舵机 控制 、 电机速度控制 以及速
基金来源： 江 苏省 大 学生 创 新创 业训 练计 划 项 目， 项 目编 号 ： ２ ０ １ ５ １ ３ ９ ８ ７ ０ ０ ９ Ｙ 。 作者简介： ￣ （ １ ９ ９ ４ 一 ） ， 女， 江苏泰 州人， 本科在读， 专业： 电子信息工程 。
硬件电路 主要包括最小系统板 ， 核心板和驱动板 。
３ ． １电源 模 块
供电分为四个部分 ： 电机驱动 、 核心板 、 舵机与摄像头 。电机驱 动 电压直接 由电池压提供 ， 选择 Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０提供 ５ Ｖ稳 压 ， 线路简单 ， 稳 定 性 好 。选 择 Ｌ Ｍ２ ９ ４ １芯 片 作 为 ６ Ｖ稳 压 芯 片 给 舵 机 供 电 。 Ａ ＭＳ １ １ １ ７的线 性度好 ， 效 率高 ， 作为 ３ ． ３ Ｖ稳 压芯片 ， 给摄像 头和液
与 赛 场 纪律 ．
［ ２ 】 卓 晴， 黄开胜， 邵 贝贝． 学做智 能车： 挑战 “ 飞 思卡 尔” 杯【 Ｍ 】 ． 北京 ： 北 京航 空航 天大学出版社， ２ ０ ０ ７年 ．
［ ３ １ Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ
『 ４ １ 吴卫国， 蒋平’ ， 陈辉 堂， 等． 移动 小车轨 迹跟踪的 力矩控 制【 Ｊ １ ． 控 制与
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１ ０ ８ ・
科 技 论 坛
基于“ 飞思卡尔” 单片机Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ １ ０ 的智能车设计
张 瑾 孟利利 梁剑飞 （ 扬 州大学 广陵学院。 江苏 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ ９ ）
摘 要： 本文设计的智能车以 ＭＫ６ ０ ＤＮ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ１ ０为核心控制 单元 ， 采用“ 飞思卡 尔” 提供 的 Ｂ车模 。 硬件 电路主要 包括 电源模块和 电机驱动模 块 ； 软件核心部分是采用 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法对舵机转向和电机速度进行反馈控制 。实验结果表明 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法结构 简单 ， 工作 稳 定性好 ， 易于调试 ， 优化 了智能车的性能 ， 使其更加平稳快速。 关键词 ： 智能车 ； ＭＫ ６ ０ ＤＮ５ １ ２ Ｚ Ｖ Ｌ Ｑ１ ０ ； Ｐ Ｉ Ｄ控 制算法 １ 概 述 第ｋ 次输 出控制量 ； ｅ （ ｋ ） 第 ｋ次偏差 。 随着信息技术在汽车 中不断发展与应用 ， 汽车智能化 已成必 然 ４ ． ２舵机控 制算法设计 趋势 。不过我 国的智能车技术仍不够成熟 ， 目前研究 主要集 中在 高 舵机采 用位置式 Ｐ Ｉ Ｄ算 法（ 式２ ） ， 因不需考虑智 能车 已行驶 路 校， 为加强大学生实践 、 创新 能力和团队精神的培养 ， 该竞赛 以智 能 线与赛道复杂等情况 ， 所 以舵机控制采用分段 Ｐ Ｄ控制 ， 即根据赛道 汽 车为研究对象的创意性科技竞赛 ， 要求在标准技术平 台下完成 软 类型调整参数 Ｐ和 Ｄ。比例 系数 Ｐ主要控 制舵 机转 向 ， 微分 次数 Ｄ 硬件 系统 的设计【 。 】 本文介绍智能车系统 的总体结构和硬件电路设 保证小车正常行驶时快速矫正。 计， 详细介绍 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法在舵机转 向和 电机速度的应用 。 ４ ． ３速度控制算 法设计 ２ 系统总体 结构 经过 多次测试 ， 采用增量式 Ｐ Ｉ Ｄ控制 ， 基本策 略是 直道加速 ， 弯 本文所设计 的智能汽车系统包括三个组成部分 ：检测系统 ， 控 道减速 。智能车响应较快 ， 调速 准确且平稳 。增量式 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法 制 决策系统 和动力系统 。其 中检测 系统采用 ０ Ｖ ７ ７ ２ ５和 光 电编码 为 ： Ａｕ （ ｋ ） ＝ｋ ｐ （ （ ） 一ｅ （ ｋ —１ ） ） ＋ｋ ｉ ｅ （ ｋ ） ＋ｋ ｄ （ 女 ） 一２ ｅ （ ｋ—１ ） ＋ｅ （ ｋ 一２ ） ） （ ３） 器， 分别用于检测赛道信息和反馈智能车速度 ， 并传至单片机。 控制 决 策系统采用 Ｍ Ｋ ６ ０ 作为主控芯片 ， 动力 系统 同于控制舵机 的转角 ５结 论 和直流电机 的转速 ， 其 系统设计框图如图 １ 所示 。 本 文设计 的智能车系统 采用 Ｐ Ｉ Ｄ控制算 法对舵机 转 向和 电机 速度进行反馈控制 ，实验结果表明 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法工作稳 定性 好 ， 易 于调试 ， 可实现智 能车在跑道上平稳快速行驶的 目标 。 参考文献 【 １ ］第十一届 全国大学生“ 飞思卡 尔” 杯智 能汽车竞 赛竞 速比赛规则
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＿ ｋ
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ｕ （ ） ＝ ｋ ｅ ｛ Ｐ （ 足 ） ＋ ’ ＿ 』 ∑ｅ （ ｊ ） ＋ 詈 （ ） 一 （ 一 １ ） 】 ）
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（ ２ ）
其中， ｒ （ １ （ ） 为第 ｋ次 给定 ｋ 的比例系数 ； Ｔ 。 为积分 时间常数 ； Ｔ Ｄ 为微分时 间常数 ； Ｔ为采样周期值 ； ｃ （ ｋ ） 为第 ｋ次实 际输 出值 ； ｕ （ ｋ ） 为
度反馈处理。 ４ ． １ 控 制 算 法 设 计 Ｐ Ｉ Ｄ控制器将偏差 的比例（ Ｐ ） 、 积分（ Ｉ ） 和微分（ Ｄ ） 通过线性组合构
成控制量 ， 对被控对象进行控制。在计算控制系统中， 采用数字 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 ， 规律 为 ： ｅ （ ｋ ） ＝ｒ （ ｋ ） 一ｃ （ ｋ ） （ １ ）
晶供 电。 ３ ． ２电机驱动模块 驱动电路的主要指标是 能通过 大电流 ， 因此选用极低导通阻抗 和转换速率快 的 Ｉ Ｒ Ｆ ３ ２ ０ ５为智能 车驱 动 电机提 供控制 和驱 动 。另
外， 设计栅极驱动 电路可以提高 Ｐ ＷＭ控制方式 的调制频率 ， 减少 电 枢 电流脉动 ， 提高 电路工作的可靠性 。 ４ 系统软件设计 软件包括图像采 集 、 图像处理 、 舵机 控制 、 电机速度控制 以及速
基金来源： 江 苏省 大 学生 创 新创 业训 练计 划 项 目， 项 目编 号 ： ２ ０ １ ５ １ ３ ９ ８ ７ ０ ０ ９ Ｙ 。 作者简介： ￣ （ １ ９ ９ ４ 一 ） ， 女， 江苏泰 州人， 本科在读， 专业： 电子信息工程 。