基于雙核多接口的智能汽車控制系統設計

        本設計是以第三屆全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽為背景，使用競賽秘書處統一指定的競賽車模套件，采用飛思卡爾半導體公司的兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元，自主構思控制方案進行系統設計。系統基本構建如圖1所示，包括傳感器信號采集處理、動力電機驅動、轉向舵機控制以及控制算法軟件開發等。

　　雙核的引入

　　在智能車的設計之初，我們分析認為，在基于光電傳感器的智能車設計系統中重要的是信號的完整性，即通過傳感器獲得賽道信息和車的位置信息越多越好。通過比較8位和16位單片機的接口數目與性能要求，本設計決定使用兩片8位微控制器MC9S08DZ60作為核心控制單元。

　　雙核間通信接口SPI

　　在車輛運行過程中，三種傳感器的信息需要由控制器來采集，分別是光電傳感器、速度傳感器、角速度傳感器。由于角速度傳感器需要有一個準確的采樣周期，我們使用單片機的內部定時器產生一個1.2ms的時間基準。在這個1.2ms的周期里執行對三種傳感器的數據采集，當定時器的溢出中斷時執行一次SPI的數據發送程序。SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的引腳上只占用四根線，分別是mosi，miso，sck，ss。我們使用1MHz的數據傳輸速度，使用3個字節來發送傳感器的數據，兩個字節發送速度傳感器和角速度傳感器的數據。

　　控制系統與上位機的通信接口SCI

　　車輛在行駛過程中的運行狀況，是無法直接通過觀察來得到的，所以我們使用上位機系統來進行實時監控。使用wap200b無線串口模塊來發送數據，模塊使用3.0V供電，內置高速MCU，數據傳輸準確率高。單片機與模塊間通訊使用標準串口，將其設置為115200波特率、8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗。一次通訊共發送7個數據。首先發送兩個數據作為握手信號分別是0x00和0xFF，之后使用3個字節的數據發送傳感器信息，1個字節數據發送角度信息，1個字節數據發送速度信息，最后一位保留位做以后擴展使用，發送0x00。

　　鍵盤與主控芯片的通信接口I2C

　　車輛在實際調試時有許多參數需要不停的調試，如PID參數車輛的轉角及速度等。設置不同的參數時如果每次都重新下載程序的話會費時費力，所以在這里我們使用鍵盤來輸入車輛行駛時的參數。鍵盤控制芯片HD7279是一片具有串行接口的，可同時驅動8位共陰極數碼管(或64只獨立的LED)的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。

　　我們使用單片機的4個I/O口來操作HD7279，分別為CS、CLK、DATA、KEY 。我們可以通過鍵盤來設置一些參數，如PID的Kp、Ki、Kd參數，直線及彎道的速度等。

　　A/D模塊在采集角速度中的應用

　　本系統中A/D轉換模塊主要用于采集陀螺儀的輸出值。由于模擬陀螺造價比較低，而在車模控制系統中對角度精度的要求不是很高，所以使用模擬陀螺對車身姿態進行實時校正。MC9S08DZ60內部集成了12位數模轉換通道。由于模擬陀螺輸出信號范圍為0~5V，這樣單片機的參考電壓為+5V，由高精度穩壓模塊單獨供電，確保轉換的精度。對A/D轉換后的數據處理程序如下：