整個(gè)系統(tǒng)以 MC9S12DG128B 為核心，為了能夠讓系統(tǒng)快速有效的工作，設(shè)計(jì)了路況識(shí)別單元、電源管理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、輪速采集單元和信息處理單元。同時(shí)輔助于一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)有機(jī)的結(jié)合在一起，智能汽車的整體結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示。

　　圖 1-1 智能汽車的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

　　傳感器部分采用光電傳感器作為基本的感應(yīng)單元，整個(gè)傳感器部分由8 個(gè)光電傳感器組成。每個(gè)傳感器電路配備一個(gè)電位器，用以調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。采用LM324 對(duì)傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行整型，最終的信號(hào)以8 位數(shù)字信號(hào)的方式通過數(shù)據(jù)線傳遞出去。

　　由于系統(tǒng)電源由電壓為 7.2V 的蓄電池供電，而系統(tǒng)的單片機(jī)電源、舵機(jī)單元以及一些芯片需要5V 電源供電，為此設(shè)計(jì)制作了電源單元。根據(jù)不同的單元部分對(duì)電流的需要，采用分開獨(dú)立供電的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。

　　直流電機(jī)采用組委會(huì)提供的半橋式驅(qū)動(dòng)器 MC33886 作為主要的驅(qū)動(dòng)芯片，采用驅(qū)動(dòng)芯片說明書上提供的典型電路配置作為參考設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為了增強(qiáng)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)考慮到電機(jī)只需要正轉(zhuǎn)即可，我們將MC33886 的兩個(gè)半橋合并在一起，提高了工作效率。系統(tǒng)采用PWM 信號(hào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，考慮到汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)可能需要緊急制動(dòng)，同時(shí)使用了MC33886 的制動(dòng)功能。

　　為了能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控汽車的行駛速度，我們?cè)O(shè)計(jì)了輪速測(cè)量單元。采用一個(gè)發(fā)光二極管和光敏三極管作為基本的采集單元，在二者之間加入一個(gè)帶有空格的圓形單元，當(dāng)汽車行駛時(shí)，圓形單元切割光線，產(chǎn)生類似正弦波形，通過整形電路，將正弦波變成標(biāo)準(zhǔn)的方波。通過S12 單片機(jī)的Input capture 功能模塊計(jì)算出輪速。

　　單片機(jī)單元是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的重中之重，根據(jù)實(shí)際的需要，我們主要開發(fā)了單片機(jī)的I/O 功能模塊、PWM 功能模塊、定時(shí)器模塊和信號(hào)輸入捕捉模塊。其中采用S12 的I/O 模塊采集來自傳感器部分的信號(hào)，PWM 模塊產(chǎn)生PWM 信號(hào)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，定時(shí)器模塊主要用來產(chǎn)生實(shí)時(shí)中斷，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控處理，信號(hào)輸入捕捉模塊主要用來采集輪速信號(hào)，對(duì)車輛的輪速進(jìn)行計(jì)算。單片機(jī)采用C 語言為基本的工具進(jìn)行開發(fā)，對(duì)于各個(gè)功能模塊的底層開發(fā)以單片機(jī)的說明書為指導(dǎo)進(jìn)行。

　　本文在對(duì)自動(dòng)汽車導(dǎo)航設(shè)計(jì)中最為常用的紅外反射傳感器設(shè)計(jì)和 CCD 傳感器設(shè)計(jì)方式優(yōu)缺點(diǎn)深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種兼顧二者優(yōu)勢(shì)，同時(shí)最大程度的避免二者缺點(diǎn)的算法。其主要思想是：利用CCD 傳感器判斷范圍遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行路徑預(yù)判；同時(shí)利用紅外反射傳感器靈敏精確的特點(diǎn)進(jìn)行當(dāng)前路徑控制。并通過將二者處理結(jié)果進(jìn)行比較和綜合，得到最為精確的方向與速度控制信號(hào)，保證車輛運(yùn)行正確性與高速性。同時(shí)，算法采用模糊控制的思想可以進(jìn)一步優(yōu)化車輛運(yùn)行的最佳路線。此外，并行設(shè)計(jì)的容錯(cuò)系統(tǒng)可以保證當(dāng)某個(gè)傳感信號(hào)出現(xiàn)較大誤差或錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)仍可通過備用信號(hào)控制保證車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，從而極大的提高了無人導(dǎo)航汽車運(yùn)行的安全性。

　　反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，傳感器只接收很窄的頻率范圍信號(hào)，不容易被干擾但價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。
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