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期車庫或停車位的系統(tǒng)設計方案。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)測試達到了預定目標，實現(xiàn)了自動循跡停車功能,。
關鍵詞： MC9S12XS128,；自動尋跡；PID算法

　當前的信息技術革命正在推動汽車設計翻開新的一頁,，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,，設計了一種沿著指定標記自動識別路徑[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這一部分的系統(tǒng),，主要就是相應的驅(qū)動電路。3個系統(tǒng)相互聯(lián)系,、相互制約,，有共同的目標和核心的控制策略，共同完成控制任務,。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?shù)奶幚?，形成合適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)的總體結構如圖1所示,。

2 系統(tǒng)的硬件設計
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：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母叩碗娖?，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。
　日新月異的科學技術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,，硬件電路的設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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[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．全國大學生電子設計競賽訓練教程（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2010.