基于16位单片机MC9S12DG128B智能车系统的设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 基于 16 位单片机 MC9S12DG128B智能车系统的设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 15 日 毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述1 本课题的选题背景意义21 世纪是高速发展的社会,是智能现代化的社会。电子技术的飞速发展，给人类生活带来了根本性的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现的微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能，人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价较高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就应运而生了。单片机其实是简化的微机，将微机的 CPU、存储器、I/O 接口、定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格很低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可以在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高可靠性和极高的性价比，在工业控制、智能化仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器、探测型智能测试、网络通信和数据处理等方面得到极为广泛的应用 12。随着电子信息产业的迅速发展，其与汽车工业的融合速度也显著提高。汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能 3。关于汽车的研究也就越来越受人关注。汽车电子应用已涵盖了从汽车电子控制装置到车载汽车电子装置的几乎所有系统。电子控制即通过电子装置控制汽车发动机、底盘、车身、制动防抱死及动力转向系统等，而车载汽车电子装置包括汽车信息娱乐系统、导航系统、汽车音响及车载通信系统等等 4。智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的综合系统。它集中的运用了计算机、传感器、信息。通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体 5。本设计就是在这样的背景下提出的，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。设计的智能电动小车以单片机 MC9S12DGl28 为核心，配合有传感器、电机、电池以及相应的驱动电路，能够自主识别路径，控制模型车高速稳定运行在跑道上。2 本课题的发展历程和现状智能车系统是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,是典型的、多学科的、综合性的高科技和高新技术的结合体 67。在智能车的研究领域，美国、日本和瑞士等国家研究得较多，而且己经达到了一个很高的水平，国内的研究相对还比较少。以下分别介绍国内外智能车的研究现状。（一）国外研究现状1998 年，美国开始组织实施智能车辆先导( intelligent vehicle initiative, IVI) 计划 8,美国交通部已开始一项五年计划,投入 3500 万美元 ,与通用汽车公司合作开发一种前后防撞系统。同时,美国俄亥俄州立大学和加州大学以及其他一些研究机构正在进行全自动车辆的研制与改进工作 9。此外,美国还将智能汽车的研究用于军事上,美国国防部采用无人车去执行危险地带的巡逻任务,目前正在进行第三代军用智能汽车的研究,称为Demo ,能满足有路和无路条件下的车辆自动驾驶 10。日本提出超级智能车辆系统。本田公司、尼桑公司和丰田公司也各自在先进安全性车辆计划中发展行车安全子系统,它们包括:车道定位系统、前车距离控制系统、自动控制系统、障碍物警报系统、驾驶员打盹报警系统和夜间行人报警系统等 11。2003 年，日本媒体报道，研制成功了一种能自行调节车速、方向盘以及车身在车道上位置的超级智能汽车 12。德国慕尼黑联邦国防大学与奔驰汽车公司合作研制开发了 VaMP 试验车,它是由一辆奔驰 500 SEL 改装而成,视觉系统主要包括道路检测与跟踪 RDT 和障碍物检测与跟踪 ODT 两个模块。在整个实验中,系统行驶了 1 600 公里,其中 95 %的部分是自动驾驶的 13。世界各国著名大学也参与到智能汽车的开发中,如麻省理工学院、斯坦福大学、卡耐基梅隆大学、剑桥大学、东京大学等。他们在人工智能、机器人视觉、自动驾驶和汽车自动导航等领域都有深入的研究 14。（二）国内研究现状我国的相关研究也已展开。清华大学汽车研究所是国内最早成立的主要从事智能汽车及智能交通的研究单位之一,在汽车导航、主动避撞、车载微机等方面进行了广泛而深入的研究 15。上海市“智能汽车车内自主导行系统”的一种样车,2000 年 7 月 19 日通过市科委鉴定,它标志着上海智能交通系统进入实质性实施阶段 16。国防科大成功试验了第四代无人驾驶汽车,它的最高时速达到了 75. 6 公里,创国内最高纪录 17。我国科技部则于 2002 年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。预计在 2020 年之前进入智能交通发展的成熟期,人、车、路之间可以形成稳定、和谐的智能型整体 18。西北工业大学空管所、吉林交通大学、重庆大学等都在展开相关研究。这一新兴学科吸引着越来越多的研究机构、学者加入到智能车相关技术开发研究中来。3 本设计完成的主要工作1 设计智能车控制电路，在现有电动车的基础上，以 Freescalel6 位单片机MC9S12DGl28 为核心 19，用光电管作为路径识别传感器，加装电源、路径识别、电机控制电路、速度检测、速度显示等模块电路 2021，实现对智能车的运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制，以更好的完成寻迹功能；2 确定传感器的选择以及安放位置的设计 23；3 编写主程序、光电传感器检测程序、电机驱动程序、转速检测程序等相关程序2425；4 在 CodeWarrior 建立有效的仿真模型，以实现智能车运动过程中各个参数的收集、转变；5 进行整车安装及调试；参考文献：1戴胜华.单片机原理与应用M.北京:清华大学出版社,2005.2许雷.单片机原理与应用M.北京:冶金工业出版社,20043Yang Xinhong. Development of an Intelligent Vehicle Experiment SystemJ. 2010(6)4郭瑞莲.汽车电控系统原理与故障分析M.北京市:北京工业大学出版社,2010.5李灿阳.智能小车J.电子制作,2012,(03):56596党宏社.智能车辆系统发展及其关键技术概述J.公路交通科技,2002,(4):127130.7Morita T, et al. An Approach to the Intelligent VehicleJ.2001 IEEE Intelligent Vehicles Symposium ,2001,426432.8Society of Automotive Engineers. Intelligent vehicle initiative (IVI) technology advanced controlsEB/OL.2007 .9BISHOP D. Vehicle-highway automation activities in the United States. Proceedings of the International AHS Workshop US Dept of Transportation .200310 Colette Shen, Jinger Zhao. Brave New Machine: Will Ginger Revolutionize the way Move Hazard Science Review，2002:5760 11刘以成. 智能汽车21 世纪的新型交通工具J.公路交通科技.2006(02)12 刘金混.智能控制.北京:电子工业出版社，2005:1213Satonobu, J.et al. The Development of a Computer System for Autonomous Vehicle Control, Proc. of the International Symposium on Advanced Vehicle Control.200614Broggi A, Sechi M, Bertozzi M, Fascioli A. Shape-based Pedestrian Detection. Proceedings of the IEEE Intelligent Vehicles Symposium .200015胡海峰,史忠科,徐德文.智能汽车发展研究J.计算机应用研究.2004(06)16徐友春,王荣本,李兵,李斌.世界智能车辆近况综述J.汽车工程.2001(05) 17熊和金.智能汽车系统研究的若干问题J. 交通运输工程学报.2001(02)18谢飞.未来智能汽车及智能汽车交通系统J.汽车技术.2005(06)19 孙同景.Freescale 9S12 十六位单片机原理及嵌入式开发技术M.北京:机械工业出版社 2008.520李晨,宓超.基于飞思卡尔单片机 MC9S12XS128 的智能车设计J.上海海事大学学报,2012(05):8284.21Earl Cox. The Fuzzy Systems Handbook, Academic Press, New York,200822Giancarlo C.AN INTRODUCTION TO OPTOELECTRONIC SENSORSM.2009.23来清民.传感器与单片机接口及实例M.北京：北京航空航天大学出版社,2008.124Ivanenko, Yuri P. Motor Control Programs and Walking J.The Neuroscientist, 2006,4.25杜树春.单片机 C 语言和汇编语言混合编程实践M.北京北京航空航天大学出版社，2008.3 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 本课题要解决的问题1.1 如何分析并设计最小系统模块、电源模块、主路径检测模块、电机控制模块、测速模块、速度显示模块等模块电路；1.2 如何完成主程序、光电传感器检测程序、电机控制程序、转速检测程序等相关程序的编写；1.3 如何在 Codewarrior 实现仿真参数的设置、解决仿真调试过程中出现的问题（数据类型的匹配问题等） ；1.4 完成智能车的安装，进行调试；2 本课题拟采用的研究途径2.1 智能车系统设计的总体方案智能车系统的硬件设计，以 Freescalel6 位单片机 MC9S12DGl28 为核心，用光电管作为路径识别传感器模块，还包括电源、电机控制模块、速度检测模块、速度数据显示模块 6 个部分组成。其硬件结构图如图所示。图 2.1 设计系统方框图2.2 进行智能车系统的硬件设计直流电机通过齿轮啮合直接对小车提供驱动力，直流电机通过调整转速差实现小车的转向控制。模型车的硬件结构分为路径检测模块、车速检测块、车速显示模块和电源模块等几个部分，结构框图如图 2.2 所示。电 源MC9S12DG128B光电传感器电机 速度检测传感器速度显示模块图 2.2 模型车硬件结构框图2.2.1 最小系统模块最小系统板由以下几个模块组成：MCU、MCU 的供电电路、时钟电路、复位电路、BDM 下载口、串口电路几部分组成。2.2.2 电源模块稳压电路将电池电压转换为 5v 的电压，供给 MC9S12DGl28B 开发板和测速模块使用。2.2.3 主路径检测模块采用了红外光电管阵列检测方式。光电管阵列用来感应短距离路径信息，控制小车的转向；2.2.4 电机驱动模块直流驱动电机控制模块是 L298N 双 H 桥电机驱动板模块。2.2.6 速度检测模块速度检测模块直接使用速度检测传感器。2.2.7 速度显示模块速度显示模块使用七段数码显示管，74LS48 芯片来完成.2.3 进行智能车系统的软件设计在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。在整个系统设计中，用到了 7 个单片机基本功能模块：时钟模块、PWM 输出模块、光电传感器测速传感器单片机最小系统转向校正转向检测直流电机行车状态调整转速显示外部中断模块、ECT 模块、AD 模块、串口通信模块以及普通 IO 模块。根据系统实际需求，对各个模块进行了初始化配置，通过对相应数据寄存器或状态寄存器的读写，实现相应的功能。软件的系统架构图如图 2.3 所示：图 2.3 软件系统结构图2.4 Codewarrior 仿真仿真时可在新建工程时将芯片的类库添加到集成环境开发环境中，工程文件一旦生成就是一个最小系统，无需再进行繁琐的初始化操作，就能直接在工程中添加所需的程序代码。利用 BDM 和 CodeWarrior 自带的 hiwave.exe，可以进行一系列的调试工作，如监视寄存器状态、修改 PC 指针、设置断点等，这样能快速地帮助我们找到软件或硬件的问题。在源程序编译、链