一種尋跡小車中分布式控制系統(tǒng)的設計與應用
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此尋跡小車模型采用7.5V電池驅(qū)動，通過改變PWM占空比調(diào)速。小車可以在不完全確定的道路環(huán)境下，通過自我判斷，對周圍環(huán)境進行探測，并做出相應的反應（如左拐彎、右拐彎和改變速度等）。目前用在機器人上的多為價格較貴的超聲波傳感器和紅外傳感器等，本設計采用價格便宜的反射式光耦傳感器來完成對周圍環(huán)境的感知。此外，小車還具有良好的導航系統(tǒng)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。因為在車身控制系統(tǒng)中控制對象多而且分散，若采用點對點的集中控制方式，控制模塊與被控對象之間就需要大量連接電纜，會導致車內(nèi)布線復雜且制造和安裝困難，并存在故障隱患。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)控制對象的位置來設計控制模塊，從而縮短了控制對象與控制模塊之間的距離。各模塊間通過LIN總線來通信，該方式僅需要一根線作為通信線。此外，分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還可降低單板的靜態(tài)電流，增加單板的穩(wěn)定性。
圖1 分布式車身控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)系統(tǒng)功能要求和結(jié)構(gòu)特點，本控制系統(tǒng)被分成主控模塊和三個子模塊（傳感器模塊、電機控制模塊和燈控模塊）。其中主控模塊主要檢測車身主體部分控制開關的狀態(tài)，并根據(jù)這些控制開關的狀態(tài)實現(xiàn)相應的控制策略，然后將控制命令通過CAN總線和LIN總線發(fā)送給相應的子模塊，之后根據(jù)各子模塊反饋的負載狀態(tài)判斷是否存在故障，若有故障則報警顯示。同時，CAN總線接收上層CAN網(wǎng)絡的某些信息。主控制模塊的微控制器采用了可靠性高、抗干擾能力強的汽車專用芯片XC164CS，其內(nèi)部集成了CAN的控制器。圖2是主控制模塊的硬件原理圖。
圖2 主控制器模塊硬件原理圖
電機控制模塊中的微控制器采用的也是XC164CS，這是由于該系列微控制器中都有相應的單元可以實現(xiàn)對電機的控制，相當方便。本設計使用了兩路電機控制小車的后輪驅(qū)動和前輪轉(zhuǎn)向。對直流電機的驅(qū)動和控制采用了電機控制接口芯片TLE6209，它的內(nèi)部集成了一個H型橋式電路，用來驅(qū)動電機，實現(xiàn)電機的四象限運行，分別對應正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)制動。16位微控制器XC164CS通過內(nèi)部的CAPCOM模塊產(chǎn)生一個10kHz的PWM信號給TLE6209，觸發(fā)H橋電路。
3 傳感器模塊的設計
傳感器模塊中采用了微控制器XC866，主要用來采集8個傳感器的值，傳送給主控制板的XC164CS進行處理，然后產(chǎn)生相應的策略改變PWM占空比對驅(qū)動和轉(zhuǎn)向電機做出相應的控制。同時，還要完成對通信模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，其硬件框圖如圖3所示。
圖3 傳感器模塊硬件框圖
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