第二章 总体设计方案
2.1系统硬件组成
智能车的硬件系统由单片机模块、电源模块、路径识别模块、伺服转向模块、直流电机驱动模块、速度检测模块等组成。系统结构简图见图2-1。
图2-1 系统结构简图
单片机模块作为智能车的核心部分，相当于智能车的大脑，充当着驾驶员的角色，它决定着控制性能的优劣。单片机模块主要完成对外围各个模块的管理，实现对外围模块的信号发送，以及对传感器模块的信号采集，并根据软件算法对所采集的信号进行处理，发送信号给执行模块进行任务执行，还对各种突发事件进行监控和处理，保证整个系统的正常运作。由于大赛组委会规定须采用限定的飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128B作为唯一控制处理器，所以本设计采用其提供的MC9S12DG128B最小系统作为智能车的单片机系统。
电源模块主要是由大赛指定的7.2V电池提供能量来源，经过各种分压后得到5V，6V，7.2V，12V四种电压为各个模块提供相应的电压值，电源模块的电压分配如图2-2。
图2-2 电压分配
直流电机驱动采用开关驱动方式，使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉冲宽度调制PWM来控制电机的电枢电压，实现调速。直流脉宽调速系统主电路线路简单、所需功率器件少、低速性好、调速范围宽；开关频率高、快速响应性好；功率损耗小，装置效率高、波形系数好，对电网功率因数高等。采用电机芯片MC33886来实现电机的双极性控制，它是高电压、大电流，接收标准的TTL/CMOS逻辑电平信号H桥集成电机芯片。
速度检测模块主要由测速发电机构成，它是一种将输入的机械转速转换为电压信号输出测速元件，可以简单而准确地实现转速的测量，作为反馈信号与给定信号进行实时比较实现闭环控制。
路径识别模块主要由CMOS摄像头与解码芯片SAA7111及缓存单元AL422B组成；伺服转向模块主要由Futaba S3010舵机和车模底盘的机械连杆组成。
2.2总体策略
由于赛道宽度的限制以及冲出塞到次数的限制，本次设计应以稳定性为首要条件，为避免车速过快而在急转弯失冲出赛道，所以应以急转弯时冲出赛道的极限值作为赛车的极限速度，并在整个行进过程中保持恒定在此速度上，以保证在急转弯及在蛇形弯道上正常行驶。本方案以求在稳定性和快速性上求得平衡。
小车在跑道上行驶的控制流程见图2-3所示。首先通过路径识别模块将检测信息发送到单片机，经过图像的噪声处理与特征提取之后，把有用的信息计算出来并传递给转向控制器，实现赛车的转向控制；再通过路径识别信息设定一个速度值后，通过直流测速发电机的模拟信号通过A/D转换后的值代表着当前小车的速度，再由速度控制器实现闭环控制，计算出小车的驱动电机控制值，并发送到电动机驱动模块进行驱动，以实现对驱动电机进行转速的闭环调节。
图2-3 小车行驶的控制流程
