基于双核多接口的智能汽车控制系统设计方案

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。