基于MC9S12XS128的电磁智能小车的硬件设计

高海沙，丁晓慧

（商丘学院，河南 商丘 476000）

摘要 ：若要实现小车的直立行走，应该构建良好的硬件平台。本文按照电磁车体系结构，简单介绍了智能小车的硬件设计模块，主要包括电源、核心控制、传感器、执行机构和人机接口等部分。各部分相互协调，最终使小车能够在最短的时间内沿着规定的轨迹快速稳定地运行。

0引言

图1整体框架图随着电子技术的不断发展［1］，能够自动进行识别轨迹的智能小车得到了广泛的应用［2］。本文设计了这样一种智能循迹小车，该智能车通过对道路传感器和加速度传感器、陀螺仪所采集的数据进行处理，根据车模驱动轮上两个编码器所采集的数据，来判断小车底盘的倾角、角加速度和小车的方位、速度、转向角度等，进而控制小车底盘的摆角和两个驱动电机的速度，使小车在最短的时间内稳定、快速运行。本文采用控制器 MC9S12XS128 作为系统的唯一核心控制单元，并进行信号采样、处理、传输数据等动作，以及产生 PWM 波控制电机的运转。

1系统硬件整体框架

电磁车体系整体结构框架如图1所示，大致包括五个部分。

1.1电源部分

向各部分提供电能，包括7.2 V电池和简单实用的稳压电路。

1.2核心控制部分

核心控制部分主体是飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128，包含核心控制电路板。通过分析传感器数据，提取赛道和小车自身信息，运行控制算法，向执行机构发出动作信号，控制赛车沿赛道行驶［3］。

1.3传感器部分

通过感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信息，使小车完成赛道的检测并获得控制数据，从而使得各部分能够协调工作。传感器模块包括两个陀螺仪和一个加速度。

1.4执行机构

执行动作信号，实现车的直立、前进、变速和转向。执行机构包括电机驱动、电机。

1.5人机接口

实现模式和参数选择、状态指示、实时监控以及数据传输与存储等人机交互功能，包括拨码开关、ZigBee无线模块、LED状态灯等。

2各部分外围电路的设计

2.1电源部分

电磁车的电机需要7.2 V或者较高的电压，其他部分需要5 V的电压，图2电源分配图由于该车模的电池提供7.2 V~8 V的电压，因此只需要一片性能稳定的稳压芯片即可。电源分配图如图2所示。

2.2核心控制部分

核心控制部分由单片机MC9S12XS128最小系统板和核心控制电路板组成。核心控制部分是关键。其中的单片机最小系统板MC9S12XS128主要包括时钟、旁路电容、电源接口、烧录和调试接口、I/O接口。

2.3传感器部分

通过感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信息，为小车完成赛道的检测与跟踪以及实现小车的直立运动控制提供所需的信息。传感器部分包括电磁传感器、角度传感器、速度传感器三个模块。其中，角速传感器用于测量小车底盘的倾角和加速度，而速度传感器用于感知车模车身本身的行驶速度，是速度闭环控制的一个必须环节。电磁车使用500线的欧姆龙光电编码器作为速度传感器，安装在车尾与传动齿轮啮合。

2.4执行机构

执行机构主要包括电机驱动、电机。车模原装配件中包括两个电机，电机驱动电路制作在核心控制板上，单片机输出的PWM信号通过电机驱动控制电机的转速；电机驱动使用H全桥电路，两路H全桥电路驱动两路电机。如图3H全桥电路原理图 下图3所示为H全桥电路原理图。

2.5人机接口

人机接口主要用于单片机与调试者之间的交互，4位拨码开关可以用于调整速度和相关参数，8位LED用于显示当前车速状态，无线模块用于实时传输数据［4］。

3结束语

本文介绍了智能循迹小车硬件系统各个模块的设计，实现了电磁车的基本功能，但是要想进一步提高电磁车的速度，在机械设计部分还需要注意很多细节，比如必须降低小车的重心，在小车直立行走稳定性很高的情况下才能通过优化软件算法来最大限度地提升小车的速度。

参考文献

［1］ 卓晴，黄开胜，邵贝贝．学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯［M］.北京：北京航空航天出版社，2007.

［2］ 谭浩强.C语言程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2006.

［3］ 王威.HCS12微控制器原理及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［4］ 韩彩霞.单片机并行I/O口的扩展方法［J］.微型机与应用,2013,32(24):2830.

主板现身：飞思卡尔带头芯片全解析_亚马逊Kindle Voyage 拆解

2014-11-26 05:48:04 作者：耿立鑫

拆解完Kindle Voyage周边排线与电池，接下来我们就走进该机最重要的组成部分——主板。

本页看点：

一大块主板涵盖全部，所有芯片全部置于主板正面

芯片被金属屏蔽罩覆盖

Kindle Voyage芯片解析

·拆解主板

拆解Kindle Voyage主板

Kindle Voyage主板背面

Kindle Voyage主板正面

橘色框： 飞思卡尔半导体 MCIMX6L8DVN10AB处理器。飞思卡尔半导体为原摩托罗拉半导体部，是全球领先的半导体公司，该微处理器属于i.MX6SL系列，嵌入式-微处理器，主频能到到1.0GHz，并且支持图形加速，除此之外，低功耗、小体积是它的代名词，因此广受各类移动终端的欢迎。

黄色框： 三星512MB SDRAM。该芯片采用三星电子厂商，在品质方面相对出色。而该芯片采用0.15微米制程，低耗电可携式的特点更加适合该机，使该机在续航方面得到足够的保证。

绿色框： 电源管理集成电路(PMIC)，型号为：美信 MAX77696A。Maxim是全球领先的半导体制造供应商,产品被广泛用于各种基于微处理器的电子设备。

蓝色框： WLAN控制器，型号ATHEROS（钰硕）ARS003G-BL38。该厂商是基于OFDM的无线网络技术厂商，提供基于IEEE802.11a 5-GHz的芯片组，WiFi技术方面的优势。

红色框： 东芝4GB存储，具体型号笔者这里没有查到，但东芝（Toshiba）是日本最大的半导体制造商，也是第二大综合电机制造商。属于芯片大厂，而Kindle Voyage芯片采用东芝厂商，品质可想并不会差。

紫色框： 飞思卡尔半导体M05R5V 1N96F ACBIT，ARM Cortex M内核的32位单片机，该芯片属于Kinetis L系列，而该系列微控制器(MCU/单片机)的低功耗性能出类拔萃。

黑色框： 德州仪器压电式触觉驱动器。该驱动器可实现快速启动时间（1.5 毫秒），支持高带宽，从而可实现惯性传动器所无法企及的触觉效果。

Kindle Voyage虽然功能上比起平板、手机中的处理器差一些，但支持电子书绝对是足够了，而且飞思卡尔的芯片功耗低，体积小，也满足电子书长续航、小尺寸的要求。所以飞思卡尔芯片能够受到广大电子书的喜爱。（问题三解答）

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