基于双核多接口的智能汽车控制系统设计

2009年08月25日 09:08    贾延安
关键词: 接口 , 控制系统 , 汽车 , 双核 , 智能
系统基本构建如图1所示,包括传感器信号采集处理、动力电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等。

  双核的引入

  在智能车的设计之初,我们分析认为,在基于光电传感器的智能车设计系统中重要的是信号的完整性,即通过传感器获得赛道信息和车的位置信息越多越好。通过比较8位和16位单片机的接口数目与性能要求,本设计决定使用两片8位微控制器MC9S08DZ60作为核心控制单元。




  双核间通信接口SPI

  在车辆运行过程中,三种传感器的信息需要由控制器来采集,分别是光电传感器、速度传感器、角速度传感器。由于角速度传感器需要有一个准确的采样周期,我们使用单片机的内部定时器产生一个1.2ms的时间基准。在这个1.2ms的周期里执行对三种传感器的数据采集,当定时器的溢出中断时执行一次 SPI的数据发送程序。SPI是一种高速、全双工、同步的通信总线,并且在芯片的引脚上只占用四根线,分别是mosi,miso,sck,ss。我们使用 1MHz的数据传输速度,使用3个字节来发送传感器的数据,两个字节发送速度传感器和角速度传感器的数据。

  控制系统与上位机的通信接口SCI

  车辆在行驶过程中的运行状况,是无法直接通过观察来得到的,所以我们使用上位机系统来进行实时监控。使用wap200b无线串口模块来发送数据,模块使用3.0V供电,内置高速MCU,数据传输准确率高。单片机与模块间通讯使用标准串口,将其设置为115200波特率、8位数据位、1位停止位、无奇偶校验。一次通讯共发送7个数据。首先发送两个数据作为握手信号分别是0x00和0xFF,之后使用3个字节的数据发送传感器信息,1个字节数据发送角度信息,1个字节数据发送速度信息,最后一位保留位做以后扩展使用,发送0x00。

  键盘与主控芯片的通信接口I2C

  车辆在实际调试时有许多参数需要不停的调试,如PID参数车辆的转角及速度等。设置不同的参数时如果每次都重新下载程序的话会费时费力,所以在这里我们使用键盘来输入车辆行驶时的参数。键盘控制芯片HD7279是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴极数码管(或64只独立的LED)的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。

  我们使用单片机的4个I/O口来操作HD7279,分别为CS、CLK、DATA、KEY 。在这里我们可以通过键盘来设置一些参数,如PID的Kp、Ki、Kd参数,直线及弯道的速度等。

  A/D模块在采集角速度中的应用

  本系统中A/D转换模块主要用于采集陀螺仪的输出值。由于模拟陀螺造价比较低,而在车模控制系统中对角度精度的要求不是很高,所以使用模拟陀螺对车身姿态进行实时校正。MC9S08DZ60内部集成了12位数模转换通道。由于模拟陀螺输出信号范围为 0~5V,这样单片机的参考电压为+5V,由高精度稳压模块单独供电,确保转换的精度。对A/D转换后的数据处理程序如下:

  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转换后的数据采集函数

  }

  Gyro_Start = 0;

  for(i=1,Max=0,Min=0xffff,Sum

  =0;i<13;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);

  /限幅处理/

  if(CarAngel_V > 0)

  {

  CarAngel_V = (CarAngel_V *

  1013) / 1000;

  }

  if(CarAngel_V<0)

  {

  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模块在伺服电机中的应用

  MC9S08DZ60拥有8路独立的PWM通道,可以独立配置PWM的频率和占空比,最高频率为总线时钟频率20MHz,可以满足对舵机和电机的控制。同时此模块还有两路计数器模块,可以采集码盘返回的电机速度值,以便用于速度闭环控制。其中电机控制中的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接口的应用

  MC9S08DZ60单片机的普通I/O口操作可以用于逻辑控制、显示控制、信息采集等,其中对各个引脚的配置也比较简单,需要配置方向寄存器PTXDD、上拉使能寄存器PTXPE,压摆率寄存器PTXSE及数据寄存器PTXD,以A口为例:

  Int_A()

  {

  PTADD=0X00;//作为输入

  PTAPE=0XFF;//上拉使能

  PTASE=0XFF;//压摆率使能

  }

  程序需要读取A口数据时直接读出PTAD寄存器的值即可。

  结语

  该系统实现了智能车车中各模块间的通信,对芯片的资源进行了充分的利用,实现了智能车多状态的实时监测,保证了车模的速度控制和路径优化,为以后的技术发展提供了很好的平台。
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