[工学]飞思卡尔全国大学生智能车竞赛杭州电子科技大学创意赛.doc

第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛 作品简介 物流货物自主调度车 本作品采用MC9S12XS128作为主控单元，模拟现代物流业，实现货物自主运输管理。作品主要功能包括：根据预先设定的步骤，有效的完成“找货物”、“搬运货物”、“放置货物”三大步骤。系统在运行过程中只需要接收一次“计划表”，货物搬运模块则根据上位机的调度命令自动完成对货物的操作。在系统的运行期间实现安全、稳定、有效，是该系统所追求的目标。 一、作品实现方案 作品主要包括：货物识别模块、货物搬运模块及仓库调度管理PC端上位机等。图1即为物流货物自主调度车的主要系统组成。 图1 作品系统组成 其中PC端上位机由QT程序编写，采用无线串口与车载系统进行通信。PC端上位机将反馈的数据显示与PC端上，并根据预先设定的步骤程序向搬运模块下达命令。 1）货物识别模块实现思路 货物识别模块采用CCD摄像头（图2）作为传感器识别货物。此CCD摄像头传感器模块既作为路径识别传感器，又作为货物识别模块的条形码传感器。货物识别模块根据CCD采集类条形码数据通过无线传输向上位机数据库查询该货物需要处理的情况。查询完毕，由上位机的无线传输模块再次向搬运模块发送指令。搬运模块接收上位机的调度，自动拾取货物，并根据预定的路径搬运货物到指定地点。 图2 CCD摄像头 2) 货物搬运模块实现思路 货物搬运系统主要实现运输车自动寻线及自动定位功能。为了使搬运模块更加容易调整姿态，即让搬运模块有很好的转向能力，我们选择了二驱差速车作为搬运动力模块。图3和图4为两种不同的二驱差速车的车体，两辆车协调工作实现货物顺利搬运到指定位置，图3车体自动找到所需货物后，通过自制升降平台将货物托起，并运送到指定地点A；图4车体推动该货物到指定地点B。二驱差速车可以达到绕车体中心轴作360度大旋转，因为不需要使用舵机转向，大大降低了车体的控制成本，却没有降低车体的转向能力。 图3 搬运模块使用的车体之一 图4 搬运模块使用的车体之二 3）上位机实现思路 上位机软件采用QT软件设计界面调试终端，主要包括无线串口调试窗体和参数设置窗体。无线串口调试窗体接收车体运行中反馈信息，得知当前路况和车辆所在位置；参数设置窗体设置车体作业调度步骤，例如可以设置货物行进路线为：货物先到位置A，然后到位置B，最后到位置C；也可以先到位置A，然后通过位置C、D，最后到达位置B。通过设置车体不同行进路线，实现路线最优化选择。 4）电机驱动实现方案 考虑到模拟搬运模块的车体是二驱差速车，需要用2路H桥来分别独立的控制电机的前进、后退、刹车，有两种电机驱动方案可供选择。 方案一、使用飞思卡尔公司提供的33886H桥驱动。 33886电机驱动芯片，内部集成半H桥。可以通过TTL电平控制V+电平输出。最高频达10KHz。电压范围为0到40V。最大电流为5A。可以工作在-60到125摄氏度的环境下。 但是需要4块33886并联成2路H桥来为2路电机做驱动，极大的增加了PCB板的面积。在用来模拟搬运模块的车体狭小的空间上，造成一定的空间资源浪费。 方案二、使用L298集成2路H桥驱动 L298芯片是具有15个引出脚的多瓦数贴片封装的集成芯片，是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其设计是为接受标准TTL逻辑电平信号和驱动电感负载的，例如继电器、圆筒形线圈、直流电动机和步进电动机,具有两抑制输入使器件不受输入信号影响。每桥的三级管的射极连接在一起，相应外接线端可用来连接外设传感电阻。可安置另一输入电源，使逻辑能在低电压下工作。具有体积较小、两路H桥、较大驱动能力等优点。 因此，作品将选择L298芯片作为我们的电机驱动芯片。 5）MCU选型 由于16位处理芯片MC9SXS128的高速处理性能和图像的较强处理能力，作品采用MC9SXS128作为控制芯片。考虑到图像处理的算法复杂度，将MCU超频至80MHz。在此情况下，算法处理一帧图像需要的时间仅为2ms，完全满足作品要求。 图5中左下角的MCU即为我们采用的高速16位处理芯片MC9SXS128。 图5 搬运模块所使用的MCU以及芯片外围电路 芯片外围供电系统也是设计中重要的一部分。电源系统是否稳定，直接影响到MCU是否正常持续的工作。所以我们单独使用MCU的核心板，直插入mainboard当中，避免了其他模块电源对芯片的影响。 二、作品技术创新点 为了达到作品要求，CCD精确识别货物类条形码，和CCD精确定位最佳拾取点以及让搬运模块根据CCD提供的信息调整姿态就成了本项目当中最为困难的几大问题。 为了达到安全、稳定的工作要求，在程序开发当中，避免了种种漏洞，用设置EEROM、WatchDog等办法，成功实现了掉电保护，异常复位，复位以后断点保存等功能。以此来提高系统的稳定性。 PC端上位机发出的调度命