模型车采用飞思卡尔公司提供的16位微控制器MC9S12DG128作为核心控制单元，采用CCD摄像头作为图像传感器对地面信息进行检测，配合单片机完成对小车的控制。外围电路分为视频信号的分离、摄像头升压和电动机及舵机驱动等部分。
1.1 模型车控制与驱动单元
模型车的核心控制单元是飞思卡尔公司提供的MC9S12DG128单片机。MC9S12系列单片机是以速度更快的CPU12内核为核心的单片机系列，片内有较大的RAM、Flash空间，一般无需扩展外部RAM和外部的Flash。MC9S12DG128单片机采用5V供电，总线速度25MHz，有丰富的I/O模块和工业控制专用的通信模块。
模型车驱动电机和转向舵机都是由大赛组委会统一发放的，分别为深圳市高翔电机有限公司的RS-380SH型直流电机和SRM-102转向舵机。为进行测速，采用光电码盘作为速度传感器。由于CCD摄像头、转向舵机、光电码盘和单片机等共同由一节电池供电，因而采用DC-DC集成升压模块和两种高性能的三端稳压器为其供电：
- B0512D-2W(5V-12V)-----CCD摄像头
- LM2940CT（5V）-----单片机、速度传感器
- LM7806（6V）-----转向舵机
采用电机驱动芯片MC33886来驱动电机，通过改变单片机输入到MC33886中的PWM波的占空比，来改变对电机供电的电压的大小，进而可以控制电机的转速。电机控制采用数字PID算法，通过整定参数，使电机的响应达到最佳的速度和精度。PID控制的基本思想是对误差进行比例积分微分运算，实现对系统的基本控制。离散后的PID用误差积累加和代替积分，用两次误差的差分代替微分。当采样周期很小时，可以近似的认为系统为连续系统。通过整定三种运算的增益来调整电机系统的响应速度和调量大小。
在设计过程中，可以通过向IN1和IN2口发出PWM波，进而控制电机的正转和反转。在模型车在直道行驶的时候，可以通过电机正转的使其加速；当模型车行驶到弯道时，利用反转PWM波来控制电机减速。
模型车是通过舵机控制前轮的转向来实现转弯的。由单片机的I/O口根据不同CCD传感器传回的信号，经过分析处理后输出一系列不同脉冲宽度的波（PWM波）来控制舵机旋转的角度。舵机的旋转角度与给定信号正脉冲的宽度相对应，1ms—2ms的脉冲对应着舵机的左30度到右30度角度位置，如图1.3所示：
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图1.1 舵机控制信号 |
从舵机引出红、黑、蓝三根线，分别是电源线、地线、信号线。
1.2 模型车的循迹方式选择及其原理
基于反射式红外传感器的光电传感器阵列的路径检测方法具有较高的可靠性与稳定性，信息更新速度快且易于单片机处理。但是它易受环境光线干扰，而且存在着检测距离近的问题，硬件电路复杂。为了获得远方的信息需要将传感器伸得尽可能远，从而增加了车体高速行驶时的转动惯量，限制了智能车的最高速度。
基于黑白面阵CCD传感器的路径检测方法具有以上两种方案的所有优点，同时面阵CCD输出的是复合视频信号，采集到的信息将是前方整个一幅图像。利用S12单片机内部的A/D转换器，并配合从视频信号分离出的同步信号，该单片机可以直接将图像信号采集到其内部的RAM中，然后通过软件对图像信息进行处理。这样不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以得到赛路的方向、赛道的曲率等信息。这样可以有效地对车模进行运动控制，提高车模路径跟踪速度和运行速度。但是面阵CCD的延迟比较大（20ms），因此对信息的采集和处理有一定的约束。
综合以上分析，为了更多的获得路况信息和取得大的前瞻，本设计选择黑白面阵CCD传感器方式，并对其进行了改进。
循迹是指模型车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是通过光点传感器探测的方法。本设计采用的是黑白面阵CCD摄像头传感器。实际上对于模型车的控制并不要求分辨率很高的摄像头，相反分辨率低一些的图像更有利于减少存储所用的空间，加快单片机进行图像处理的速度，而且可以获得足够的有用信息来控制小车。CCD摄像头输出信号是标准的视频复合信号，一路信号利用同步信号分离芯片LM1881将其分离，然后输入给单片机的I/O口，另一路信号直接输入到二值化比较器，将模拟视频信号进行二值化后输入单片机的I/O口。通过软件的分析与处理，并采取相应的控制算法，控制单片机输出相应的PWM信号来控制舵机和电机。
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