1 系统整体方案
智能汽车系统选择采用一块恩智浦的32位微控制器NXP MK60FX512VLQ15单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。使用数字摄像头和电磁传感器模块采集赛道信息。信息返回到单片机后经过算法处理，随后发出控制信号作为控制的依据。编码器测速模块采集速度信息 ，用于速度的闭环控制；加速度计陀螺仪模块返回的数字信号作为车身当前姿态的信号；主控模块输出PWM波控制电机的转速以保持车速度的控制和以及舵机转向的控制。
2 硬件电路设计
2.1 主控电路模块
主控模块集成在一块电路板上，这样可以尽量采用PCB 内部走线，可以避免因接线处不稳定导致电路断路或者信号不稳的情况。主控模块由核心控制器接口及其电路、摄像头接口、红外测距传感器接口、编码器接口、蓝牙接口、MPU接口、OLED屏幕接口、其余电路板的通信和供电接口、以及拨码开关、五项开关按键、蜂鸣器，稳压电路和LED电源指示灯等共同组成。
主控模块是智能汽车模型的“大脑”，负责处理信息，连接整合其他电路板，对舵机和直流电机实施控制和检测，可以说是整个智能汽车模型的中心所在。主控电路板以核心控制器为中心进行设计。而核心控制器是所有编写的软件的载体，包含了所有控制算法和思想。稳定可靠的主控模块是实施控制，使得汽车模型真正智能化的基础。
在主控电路板的PCB为了贴合汽车模型的器件布局和降低汽车模型重心，采用了不规则了版型设计，使得电路板和汽车模型融为一体同时采用和车模底部一样的黑阻焊层，美观大方。出于效率考虑，备用主控电路板采用了绿的阻焊层，虽然不及黑美观，但实用性和适用性等同。
2.2 主控制器模块
本设计的核心控制器为飞思卡尔公司生产的32位单片MK60FX512VLQ15。该单片机具有124个引脚。MK60FX 512VLQ15具有丰富的系统资源和方便的外部电路接口，内核为ARM Cortex-M4。其中包括32位中央处理单元、大量的IO 口，且每个都可设置为中断触发源、UART模块、PIT定时中断模块、IIC模块、DMA模块、RAM存储器、FLASH存储器、SD卡控制器、EEPROM存储器、高精度高度的A/D模块和FTM PWM模块。
2.3 摄像头模块
摄像头采用OV7725硬件二值化摄像头。为了节省空间，同时考虑到软排线稳定性较高，所以接口部分采用了软排线接口设计。软排线设计便于更换主控电路板，同时避免了过
infrared ranging sensor and the infrared tube; and the vehicle body attitude change is detected by the MPU6050 six axis accelerometer gyroscope[1]. The steering gear adopts the improved PID control alg
orithm, and the DC motor adopts the bangbang control and piecewise PD control algorithm to realize the closed-loop control of the speed and steering. After processing the effective information detected by the microprocessor, the output control PWM wave control signal will be sent to the steering gear and DC motor. Keywords: smart car;PID control algorithm; bangbang control algorithm
多外部接线带来的不稳定性和不易调整的缺点，让智能汽车模型看上去更加整洁。
2.4 红外模块
红外测距传感器接口电路共三个引脚，分别是5V 的VCC、GND 和一个AD 接口。经过查阅MK60FX512VLQ15单片机技术手册分配管脚，选用核心控制器上的ADC1_SE16管脚作为AD 接口。
2.5 电磁信号采集模块
电磁信号采集电路采用LC 振荡电路设计方案，LM358D 运放芯片，在IN(-)和OUT 间串联一个可调电位器来调整信号强弱。一个LM358D 有集成了两个运放器，电磁信号采集电路板共设计6路采集电路，采用了三个LM358D 芯片，配合采用6.8nF 电容和10mH 电感组成LC 振荡电路，
2.6 驱动电路板电源模块
驱动板采用H 桥MOS 管驱动，需要12V 升压电路给H 桥驱动芯片提供电源驱动电机和3.3V 降压电路提供给光耦隔离芯片74lvc245。先将电源电压降至5V，再使用5V 电压降至3.3V。逐级降压，会增大芯片的稳定性，减少在芯片上的功耗，对芯片也能起到一定的保护作用，且电路会更加稳定。
2.7 主控电路板与舵机电源模块
主控板需要3.3V 的电压来给MCU 供电，另外也有较多传感器和器件以及芯片需要3.3V 电源支持。还需要5V 电源给传感器提供电源，例如编码器，电磁板等。5V 的降压电路由电源降压，可选的芯片有很多种，例如LM1117-5.0V、LM2940-5.0V 和TPS7350QDR 等芯片都可实现该降压电路。
舵机伺服器FUTABA S3010的额定工作电压为6V，需要6V 的电源供电，经过实验测试也发现6V 左右电源可以让舵机获得较好的响应，且不会大幅度的损耗舵机寿命。6V 的稳
PID 控制是依据偏差实现的闭环控制，分、微分计算出的控制参量进行控制。
PID 算法的公式为：
U(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)
其中kp 为比例系数，TI 为积分时间，TD 为微分时间常数。PID 的整定方法很多，例如有试凑法、一步整定法和逐次逼近法等，这些基本都是对于这三个参数的整定。
图2 舵机曲线值和偏差曲线图
传统PID 不能即时的反应偏差，对于一些大偏差舵机打角一般，对于一些小偏差打角又有点多，可以通过放大偏差来改善这种情况，我们使用了偏差的3次方作为计算量，如图2所示，当KP 取55时，舵机的角度输出曲线，比较理想。
4 小结
智能汽车模型以32位单片机MK60FX512VLQ15作为主控制单元，运用IAR Embedded Workbench 软件作为开发工具，融合了多种传感器及其对应电路来检测信息，采用了PID 控制算法来控制舵机和直流电机，最终达到制作出一台可以满足要求，适应各种赛道情况并且可以以较高的速度完成赛道的智能汽车模型。实验结果表明，本文中所述智能汽车系统性能优良，结构稳定，系统设计方案确实可行。
图1 主控电路原理图
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号的微弱性，整个系统的信号增益为1000左右。系统的滤波电路主要的作用是去除心电信号中的各种干扰，右腿电路去除工频共模干扰。同时，利用仿真软件对部分电路仿真分析，根据仿真的结果，进行电路中参数的修改和调整，设计出完善的心电电路系统。最终可以得到清晰可用的ECG 波形。
汽车测速器参加文献
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