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摘 要：针对“飞思卡尔全国大学生智能车竞赛”，设计能自动识别路线的智能车系统.该系统以飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128作为控制核心，用MOSFET制作驱动电路；采用摄像头和带有光电传感器的图像采样模块进行模式识别，提取黑线特征，预判道路信息；通过自制的速度传感器实时获取小车速度，采用PID控制策略形成速度闭环控制.实验证明该系统能够精准地识别路线，控制小车在赛道上稳定运行.
关键词：智能车；MC9S12XS128；模式识别；图像检测；PID控制
中图分类号：TP242.6 文献标志码：A
DesignofintelligentvehiclebasedonFreescalesingle�chipMC9S12XS128
LIChen，MIChao
（1.EngineeringResearchCenterofContainerSupplyChainTechnology，Ministryof Education，ShanghaiMaritimeUniv.，Shanghai201306，China；
2.CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniv.，Shanghai201804，China）
Abstract：Theintelligentvehiclesystemwithautomaticlineidentificationfunctionisdesignedfor“Free�scaleNationalAutomaticVehicleCompetitionforUniversityStudents”.Freescale16�bitsinglechipmi�crocomputerMC9S12XS128isdesignedasthecontrollingcoreofthesystem，andMOSFETisusedto makethedrivecircuits.Camerasandimagesamplingmoduleswithphotoelectricsensorsareusedforthe patternrecognitionandthecharacteristicsextractofblacklinessoastopre�estimatetheroadinformation. Thevehiclespeedisreal�timeacquiredthroughself�madespeedsensors.ThePIDstrategyisimplemen�tedtoformspeed�loopcontrol.Experimentsshowthatthesystemcanidentifythelinepreciselyandcon�trolthestablerunningofthevehicleonthetrack.
Keywords：intelligentvehicle；MC9S12XS128；patternrecognition；imagedetection；PIDcontrol
0 引 言
为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办“飞思卡尔全国大学生智能车竞赛”.该竞赛要求在标准技术平台下完成软硬件系统的设计，制作一辆能在规定的赛道上自动识别路线的赛车，没有冲出赛道及其他违规现象并最快完成全程为获胜
1 系统设计
1.1 竞赛规则
智能车必须采用竞赛委员会规定的技术平台，包括赛车模型、电机、舵机、电池以及由飞思卡尔公司提供的单片机；按道路传感器分为光电组和摄像头组两个组别进行比赛，摄像头组可使用光电传感器，光电组不能使用摄像头，赛车上的传感器数量不得多于16个.赛道表面为白色，形式包括直道、交叉道、回头弯、S型等，弯道处赛道宽度为60cm，直道处宽度为45cm，中心有2.5cm宽黑色轨迹线.
1.2 系统总体结构
选用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128作为核心控制单元，由传感器系统采集道路信息和速度信息，由电机驱动系统控制赛车速度，由舵机驱动系统控制运行方向，由人机交互系统完成系统设定和信息显示，系统的总体结构框图见图1.
2.3 速度传感器
设计初期，为了降低调试难度，采用开环控制模式，赛车运行平稳但速度无法提高，所以赛车控制须建立速度检测环节，进行闭环控制.速度检测同样有多种方案，对射光耦或槽型光耦、霍尔元件、测速电机、高精度编码器等各具特点.综合分析后选择槽型光耦作为测速元件.将槽型光耦安装在传动轴上方，使穿过光耦间隙的齿轮旋转时触发脉冲，由单片机高速脉冲计数器采样，再根据车轮直径和转速等换算成近似速度值.
2.4 赛道检测传感器
赛道检测用的传感器相当于赛车的眼睛，通过它自动检测赛道上的黑色轨迹线，可以通过光电传感器和摄像头实现.光电传感器扫描速度快、控制简单，但探测距离近；摄像头则具有探测范围广、精度高等优势，前瞻性好，利于速度控制，同时也存在易受干扰、处理信息量大等缺陷.［4］本设计综合两种方案的优势，采用摄像头作为主要检测元件，并由安装在赛车前方的光电传感器辅助检测近处道路，锁定黑线，识别起跑线.摄像头选用380线CMOS，采用LM1881作为视频同步分离芯片，提取场同步信号和行同步信号.
由于在程序中使用中断程序采集图像，PID采样周期的选择受限制于图像采集.每行的扫描周期为64μs，有效扫描时间为52μs，每隔6行采集一行图像，如果在每行加入PID调节，那么处理PID子程序的时间必须控制在64×5＝320μs内.另外，图像采集只是采集奇场中的行数，在偶场中没有采集，因此PID子程序的执行不均匀，并没有达到预期效果，还可能会影响视频采集.经过分析，最终决定将PID的采样周期定为20ms，即每进行一次场采集后进行一次PID调节.经过最终检验，这样能够满足对速度控制的需要.
4 总结与展望
设计使用MC9S12XS128单片机的大多数模块，充分利用单片机资源，小车运行稳定，比赛过程中未出现冲出赛道的情况.通过整个设计过程，大学生们的科研能力和动手能力得到锻炼，项目开发经验有所积累.该技术方案还可推广到智能机器人、自动导向车等方面，具有较广泛的应用价值.
参考文献：
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（编辑 廖粤新）
