高海沙，丁曉慧
（商丘學院，河南 商丘 476000）
摘要：若要實現小車的直立行走，應該構建良好的硬件平臺。本文按照電磁車體系結構，簡單介紹了智能小車的硬件設計模塊，主要包括電源、核心控制、傳感器、執行機構和人機接口等部分。各部分相互協調，最終使小車能夠在最短的時間內沿著規定的軌跡快速穩定地運行。
關鍵詞：MC9S12XS128單片機；傳感器；電機
0引言
圖1整體框架圖隨著電子技術的不斷發展［1］，能夠自動進行識別軌跡的智能小車得到了廣泛的應用［2］。本文設計了這樣一種智能循跡小車，該智能車通過對道路傳感器和加速度傳感器、陀螺儀所采集的數據進行處理，根據車模驅動輪上兩個編碼器所采集的數據，來判斷小車底盤的傾角、角加速度和小車的方位、速度、轉向角度等，進而控制小車底盤的擺角和兩個驅動電機的速度，使小車在最短的時間內穩定、快速運行。本文采用控制器 MC9S12XS128 作為系統的唯一核心控制單元，并進行信號采樣、處理、傳輸數據等動作，以及產生 PWM 波控制電機的運轉。
1系統硬件整體框架
電磁車體系整體結構框架如圖1所示，大致包括五個部分。
1.1電源部分
向各部分提供電能，包括7.2 V電池和簡單實用的穩壓電路。
1.2核心控制部分
核心控制部分主體是飛思卡爾公司的16位單片機MC9S12XS128，包含核心控制電路板。通過分析傳感器數據，提取賽道和小車自身信息，運行控制算法，向執行機構發出動作信號，控制賽車沿賽道行駛［3］。
1.3傳感器部分
通過感知外部世界的環境信息和車模自身的狀態信息，使小車完成賽道的檢測并獲得控制數據，從而使得各部分能夠協調工作。傳感器模塊包括兩個陀螺儀和一個加速度。
1.4執行機構
執行動作信號，實現車的直立、前進、變速和轉向。執行機構包括電機驅動、電機。
1.5人機接口
實現模式和參數選擇、狀態指示、實時監控以及數據傳輸與存儲等人機交互功能，包括撥碼開關、ZigBee無線模塊、LED狀態燈等。
2各部分外圍電路的設計
2.1電源部分
電磁車的電機需要7.2 V或者較高的電壓，其他部分需要5 V的電壓，圖2電源分配圖由于該車模的電池提供7.2 V~8 V的電壓，因此只需要一片性能穩定的穩壓芯片即可。電源分配圖如圖2所示。
2.2核心控制部分
核心控制部分由單片機MC9S12XS128最小系統板和核心控制電路板組成。核心控制部分是關鍵。其中的單片機最小系統板MC9S12XS128主要包括時鐘、旁路電容、電源接口、燒錄和調試接口、I/O接口。
2.3傳感器部分
通過感知外部世界的環境信息和車模自身的狀態信息，為小車完成賽道的檢測與跟蹤以及實現小車的直立運動控制提供所需的信息。傳感器部分包括電磁傳感器、角度傳感器、速度傳感器三個模塊。其中，角速傳感器用于測量小車底盤的傾角和加速度，而速度傳感器用于感知車模車身本身的行駛速度，是速度閉環控制的一個必須環節。電磁車使用500線的歐姆龍光電編碼器作為速度傳感器，安裝在車尾與傳動齒輪嚙合。
2.4執行機構
執行機構主要包括電機驅動、電機。車模原裝配件中包括兩個電機，電機驅動電路制作在核心控制板上，單片機輸出的PWM信號通過電機驅動控制電機的轉速；電機驅動使用H全橋電路，兩路H全橋電路驅動兩路電機。如圖3H全橋電路原理圖 下圖3所示為H全橋電路原理圖。
2.5人機接口
人機接口主要用于單片機與調試者之間的交互，4位撥碼開關可以用于調整速度和相關參數，8位LED用于顯示當前車速狀態，無線模塊用于實時傳輸數據［4］。
3結束語
本文介紹了智能循跡小車硬件系統各個模塊的設計，實現了電磁車的基本功能，但是要想進一步提高電磁車的速度，在機械設計部分還需要注意很多細節，比如必須降低小車的重心，在小車直立行走穩定性很高的情況下才能通過優化軟件算法來最大限度地提升小車的速度。
參考文獻
［1］ 卓晴，黃開勝，邵貝貝．學做智能車——挑戰“飛思卡爾”杯［M］.北京：北京航空航天出版社，2007.
［2］ 譚浩強.C語言程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2006.
［3］ 王威.HCS12微控制器原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007.
［4］ 韓彩霞.單片機并行I/O口的擴展方法［J］.微型機與應用,2013,32(24):2830.