一種尋跡小車中分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

本文將介紹一種應(yīng)用于尋跡小車的分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)可對(duì)電機(jī)模塊、傳感器模塊和燈控模塊進(jìn)行分布式控制。這樣設(shè)計(jì)是為該系統(tǒng)將來從尋跡小車到真車進(jìn)行移植提供方便。
　　此尋跡小車模型采用7.5V電池驅(qū)動(dòng)，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(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，并做出相應(yīng)的反應(yīng)（如左拐彎、右拐彎和改變速度等）。目前用在機(jī)器人上的多為價(jià)格較貴的超聲波傳感器和紅外傳感器等，本設(shè)計(jì)采用價(jià)格便宜的反射式光耦傳感器來完成對(duì)周圍環(huán)境的感知。此外，小車還具有良好的導(dǎo)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?yàn)樵谲嚿砜刂葡到y(tǒng)中控制對(duì)象多而且分散，若采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的集中控制方式，控制模塊與被控對(duì)象之間就需要大量連接電纜，會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)布線復(fù)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(duì)象的位置來設(shè)計(jì)控制模塊，從而縮短了控制對(duì)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1主控制模塊的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)被分成主控模塊和三個(gè)子模塊（傳感器模塊、電機(jī)控制模塊和燈控模塊）。其中主控模塊主要檢測(cè)車身主體部分控制開關(guān)的狀態(tài)，并根據(jù)這些控制開關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)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(yīng)的子模塊，之后根據(jù)各子模塊反饋的負(fù)載狀態(tài)判斷是否存在故障，若有故障則報(bào)警顯示。同時(shí)，CAN總線接收上層CAN網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)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2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制模塊的設(shè)計(jì)
　　電機(jī)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(yīng)的單元可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，相當(dāng)方便。本設(shè)計(jì)使用了兩路電機(jī)控制小車的后輪驅(qū)動(dòng)和前輪轉(zhuǎn)向。對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制采用了電機(jī)控制接口芯片TLE6209，它的內(nèi)部集成了一個(gè)H型橋式電路，用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)制動(dòng)。16位微控制器XC164CS通過內(nèi)部的CAPCOM模塊產(chǎn)生一個(gè)10kHz的PWM信號(hào)給TLE6209，觸發(fā)H橋電路。