基于瑞萨单片机自动寻迹智能车的设计

发布时间：2020-07-21 18:24:43 阅读：次来源：奖杯厂家

摘要以瑞萨超级MCU模型车大赛为背景，设计并实现了一种智能车自动寻迹系统。采用瑞萨16位微控制器H8／3048F作为核心控制单元，使用光电对管RPR220采集路面信息，自动控制舵机转向，并对直流电机转速进行PID调节，从而实现智能车稳定、快速的行驶。实验结果表明，该套设计方案简单可靠，具有良好的控制性，满足设计要求。关键词瑞萨；自动寻迹；智能车；PID控制随着计算机、通信、传感器等技术的发展，智能车成为汽车发展的趋势。传感器技术在智能车的应用中越来越广泛，如在夜间、雾天、高危高污染等环境下的行驶。智能车将成为人们生活的一部分。文中以瑞萨智能车大赛为背景，设计了一种以16位微控制器H8／3048F作为小车的控制核心，采用红外反射传感器检测路面引导线，能根据给定参数行驶的电动车。文中从硬件和软件方面详细阐述了智能车工作原理和设计方法，设计的小车具有电路设计简单、软件控制高效等优点。1 系统总体设计方案本智能车利用车体前方的光电传感器采集赛道信息、后轴上的光电编码器采集车轮转速的脉冲信号。这些信号经单片机调理后，用于控制小车的运动。同时，内部模块产生的PWM波驱动直流电机，对智能车进行速度及转角控制，使赛车在赛道上能够自动、平稳行驶，并以最短的时间和最快的速度跑完全程。此外，本系统还增加了按键和显示设备，以便于调试。智能车系统总体模块图如图1所示。

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2 硬件设计硬件设计是设计的基础，包括整车供电的电源管理电路设计、电机的驱动电路设计，以及单片机的各个接口电路的连接设计等。2．1 控制器模块 H8／3048F单片机是的日立公司生产的16位高性能微控制器。H8／3048F内部有16个16位通用寄存器。其最高时钟频率可达18 MHz，寻址空间为16 MByte。芯片内部包括：9个I／O口、32 kByte Flash、2 kByte RAM、16位的集成定时单元(ITU)、可编程定时式样控制器(TPC)、j监视定时器(WDT)、串行通信接口(SCI)以及A／D、D／A转换器等。控制器I／O口分配如下：P70～P77光电传感器信号的输入；PB用于车速检测信号的输入；PA用于启动传感器板信号的输入。控制器根据检测到的路况和车速信息，控制转向舵机和直流驱动电机，相应地调整小车行驶方向和速度，最终使智能车按给定路线稳定、快速地行驶。2．2 电源模块选用8节1．2 V镍氢电池为直流电机供电，并经降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，且性价比高。电源部分采用LM2940CT芯片。该芯片最大能提供3 A的电流输出，完全满足系统要求。模块采用两片2940芯片，一片单独给MCU供电，一片给其他部件供电。2．3 寻迹传感器模块模块采用一体化反射型光电对管RPR22D。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，接收器是一个高灵敏度的硅平面光电三极管。RPR220具有如下特点：结构紧凑、抗干扰能力强、反应速度快。内置可见光过滤器能减小离散光的影响。当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。传感器检测与调理电路如图2所示。经示波器观察，输出波形规则，可以直接供单片机查询使用。

小车对白线的检测使用了9个等距排列的红外管采集路径识别路面信息。从左边的光电管开始循环采集数据，检测其是否在白钱上，如果在白线上，则接着检测其右边的光电管是否亦如此，依次向右推进，当出现3个以上光电管同时处于白线上方，则过滤掉当前采样数据，采用历史值。pid控制相关文章:pid控制原理

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