摘  要： 為解決一些住宅小區(qū)停車位或私家車庫距離住宅樓較遠、自駕車停車不方便問題，提出了利用單片機MC9S12XS128使小車從給定的起始位置自動循跡到達預(yù)期車庫或停車位的系統(tǒng)設(shè)計方案。單片機MC9S12XS128利用PID算法對電機和舵機進行控制，攝像頭傳感器進行道路信息采集。該系統(tǒng)經(jīng)測試達到了預(yù)定目標(biāo)，實現(xiàn)了自動循跡停車功能。
關(guān)鍵詞： MC9S12XS128；自動尋跡；PID算法

　當(dāng)前的信息技術(shù)革命正在推動汽車設(shè)計翻開新的一頁，多功能、智能化、自動化將成為21世紀汽車發(fā)展的新趨勢。目前，汽車的使用量越來越多，人們對汽車的智能化要求也越來越高，因此為滿足不同人的市場需求，設(shè)計了一種沿著指定標(biāo)記自動識別路徑[1-2]和障礙物的小車自動循跡停車控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括3個子系統(tǒng)：環(huán)境感知系統(tǒng)、自主決策系統(tǒng)和操作執(zhí)行系統(tǒng)。環(huán)境感知系統(tǒng)主要包括感知路面信息和感知車體狀態(tài)的傳感器。自主決策系統(tǒng)主要通過單片機的軟件來實現(xiàn)決策控制。操作執(zhí)行系統(tǒng)就是從單片機發(fā)出控制指令到車體響應(yīng)這一部分的系統(tǒng)，主要就是相應(yīng)的驅(qū)動電路。3個系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互制約，有共同的目標(biāo)和核心的控制策略，共同完成控制任務(wù)。這樣的自動循跡停車系統(tǒng)解決了由停車帶來的不便，實現(xiàn)了停車智能化，同時還可以為深入研究汽車自動駕駛提供信息。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
　小車自動循跡停車控制系統(tǒng)主要包括控制處理芯片MC9S12XS128模塊、圖像采集模塊、轉(zhuǎn)向舵機模塊、驅(qū)動電機模塊和速度檢測模塊。其中S12單片機是系統(tǒng)的核心部分。它負責(zé)接收道路圖像信息和車體速度反饋等信息，并對這些信息進行恰當(dāng)?shù)奶幚恚纬珊线m的控制量來對舵機和電機進行控制。圖像采樣模塊由外圍芯片TLC5510、LM1881和攝像頭組成。其功能是獲取道路信息，以供S12作進一步處理。速度檢測模塊由編碼器和外圍電路組成，通過檢測實時車速提供反饋量對電機進行控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1 核心控制器介紹
　MC9S12XS128單片機是以CPU12X的V2內(nèi)核為核心的16位單片機系列，是在帶協(xié)處理器的MC9S12XE系列雙核單片機的基礎(chǔ)上，去掉XGate協(xié)處理器得到的。MC9S12XS128單片機內(nèi)部總線頻率最高為40 MHz，片內(nèi)集成128 KB Flash存儲器和8 KB的RAM存儲器及8 KB的數(shù)據(jù)閃存，增加了8 KB D-flash，同時它的內(nèi)部資源也非常豐富，擁有I/O輸入輸出端口、SPI、SCI、ECT、A/D、CAN和PWM等常見的接口模塊，在汽車電子領(lǐng)域具有廣泛的用途[3]。
2.2 圖像采集模塊
2.2.1 攝像頭的選擇
　CCD攝像頭具有對比度高、動態(tài)特性好的優(yōu)點，經(jīng)過實驗論證之后決定采用。
　攝像頭有兩個重要指標(biāo)：有效像素和分辨率。分辨率實際上就是每場行同步脈沖數(shù)，而有效像素=行分辨能力×分辨率。通常產(chǎn)品說明上標(biāo)注的分辨率略大于實際分辨率，所以要知道實際分辨率就得實際測量一下。
　通過S12單片機的定時器模塊對單個脈沖的下降沿和上升沿間隔、兩相鄰脈沖上升沿間隔進行計時，可得每行信號和每個脈沖持續(xù)的時間[4]。實際測得所用攝像頭的時序參數(shù)見表1。

　從測試結(jié)果可知，該攝像頭掃描的每場中有320行信號，其中第23行到310行是視頻信號，第311行到下一場的第22行是場消隱信號。在視頻信號區(qū)，每行信號持續(xù)的時間相同，約為62 μs，每行的行同步脈沖持續(xù)時間也相同，約為4.7 μs。而在場消隱區(qū)，每行持續(xù)的時間會有所變化，每行對應(yīng)的消隱脈沖持續(xù)的時間，盡管其中大多數(shù)為3.5 μs，但也有變化。在場消隱區(qū)中，第320行的消隱脈沖持續(xù)的時間遠長于其他消隱脈沖的時間，此脈沖即為場同步脈沖。
2.2.2 視頻同步分離電路
　CCD攝像頭視頻信號中除了包含圖像信號之外，還包括了行同步信號、行消隱信號、場同步信號、場消隱信號以及槽脈沖信號、前均衡脈沖、后均衡脈沖等。因此，若要對視頻信號進行采集，就必須通過視頻同步分離電路準確地把握各種信號間的邏輯關(guān)系。本系統(tǒng)使用了LM1881芯片對視頻信號進行同步分離，得到行同步信號、場同步信號。視頻分離電路原理圖見圖2。

2.3 速度檢測模塊
　對舵機1、舵機2和電機的控制分別通過兩路PWM通道。電機的驅(qū)動電路[5]采用兩片33886并聯(lián)電路，經(jīng)測試電機的加減速效果滿足要求。
要使車能夠快速穩(wěn)定的運行，并且控制容易，就需要精確地測得車的速度，所以要選擇較好的速度傳感器。因此采用了歐姆龍的100線光電編碼器。
　本系統(tǒng)通過脈沖計數(shù)的方法來實現(xiàn)對小車的速度檢測：在小車的車軸上安裝光電編碼器，當(dāng)車軸轉(zhuǎn)動時，編碼器跟隨車輪同步轉(zhuǎn)動，編碼器輸出正弦波。經(jīng)比較器轉(zhuǎn)化為方波后，就變?yōu)閷?yīng)的高低電平，產(chǎn)生脈沖，送給計數(shù)器模塊。計數(shù)器捕捉脈沖信號并對其進行計數(shù)，在特定時間內(nèi)讀出脈沖總數(shù)，將計數(shù)值送給單片機，便可以得到小車的實時速度，用以對小車進行實時控制。

　Speed_pd=Kp*err1+Kd*（err1-err2）
　其中，err1=Setted_speed-car_speed，err2=Setted_ speed_last-car_speed_last。Setted_speed是給定車速，car_speed是測速傳感器測量到的當(dāng)前車速。兩者的先后偏差作為被控量帶入計算公式，通過比例系數(shù)　和微分系數(shù)的計算修正，可得到調(diào)整后的車速。
　日新月異的科學(xué)技術(shù)給智能汽車帶來了更加光明的發(fā)展前景，使得車輛利用傳感器結(jié)合環(huán)境信息做出最優(yōu)控制策略，實現(xiàn)車輛自動行駛。本文介紹了基于單片機的自動循跡停車控制技術(shù)，硬件電路的設(shè)計及軟件的控制方案。經(jīng)過實際測試，可實現(xiàn)自動循跡停車功能。解決了由停車給人們帶來的煩惱，并且具有一定實用價值。
參考文獻
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[2] 狄可可，萬燦，貞輝.第二屆全國大學(xué)生智能車大賽浙江大學(xué)“飛鷹隊”技術(shù)報告[R].2007.
[3] 于慶廣，劉葵，王沖，等.光電編碼器選型及同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置測量[J].電氣傳動，2006，36（4）：17-20.
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[5] 黃智偉．全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.