基于K60單片機的貨物配送智能小車的設計

周陽+陸干松+汪瑞+王慶宇+郝保明

摘 要：本文研究的是基于攝像頭的自動送貨小車，它可以自己采集道路上的信息，判斷道路上的情況，從而進行轉彎，停車，卸貨的功能。它是一種由主控芯片（Kinetis60）控制攝像頭二值化采集道路信息，單片機處理信息，輸出各種處理信息，各個模塊分工合作，借助位置式PID[1]算法精準的控制舵機，采用雙MOS管驅動電機，最終控制小車完成指定功能。

關鍵詞：Kinetis60單片機；位置式PID；循跡小車；智能送貨

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.260

1 引言

近年來，網絡越來越發達，隨之而來的是貨運業務的鼎盛期，網絡推動一個社會的發展，也推動貨物投送業務的發展，同時也推動了快遞業務的發展。于此同時大量的投遞工作也給從事投遞行業的人們增加了很大壓力，因此智能投送尤其重要。智能送貨小車可以不受天氣的影響實現無人送貨，只要有合適的道路就可以送貨，大大減少了送貨人員的工作量，減輕了工作人員的負擔。

2 基于K60的智能送貨小車的總體設計方案

該設計是以Kinetis60單片機為主控芯片，通過K60單片機的內部資源[2]，如PWM、AD、定時器、外部中斷、串口等功能。通過并行口對二值化數字攝像頭進行采集，并行口具有傳輸速度快，數據穩定的特點。同時鷹眼攝像頭的采集速度要比其它攝像頭采集速度快，圖像更穩定。在低亮度和強光照下比其它攝像頭具有更好的圖像輸出。

攝像頭二值化圖像輸出后，單片機采用DMA采集，直接將輸出的圖像存儲到單片機內存中，單片機再逐幅圖像進行處理，找出道路兩邊，根據兩邊計算出中心線。單片機根據計算出的中心線來進行車的正前方的偏差，通過位置式PID進行舵機控制。

3 硬件電路設計

硬件電路分為電源模塊、單片機最小系統模塊、傳感器模塊、MOS管電機驅動模塊。下面分別介紹下電源模塊、傳感器模塊和電機驅動模塊。

3.1 電源模塊電路

這個系統是通過一節7.2V的香山紅葉電池來供電，然而單片機系統需要的是3.3V電源，傳感器模塊也需要的是3.3V電源。所以我們需要對電源進行降壓設計。通過7350電源芯片穩成5V電源，前后均有濾波電路，單片機需要的3.3V通過AMS117來進行穩壓。由于7350的壓降值非常小而且電流比較小，因此只作為主控芯片供電。

3.2 傳感器模塊電路

系統需要應用攝像頭來采集信息，我們采用的是較為成熟的且業界口碑較好的OV7725數字攝像頭。OV7725攝像頭中的數據是通過8位并行口進行讀取，我們將攝像頭的8位并行輸出口接單片機的連續IO口，這樣方便程序的處理。攝像頭的SCCB控制口沒有特殊要求我們接的是普通I/O口。時鐘線和場中斷線接普通IO口。

3.3 電機驅動模塊電路

電機驅動模塊的作用是驅動電機轉動，并對電機轉速進行控制，從而使得小車前進和停止。速度的控制有主控芯片產生的PWM[4]來控制電機驅動電路來控制電機的直接驅動。驅動芯片需要12V的電源供電，因此需要有升壓電路來提供。驅動部分有雙MOS管和IR2104芯片部分電路完成。

4 軟件代碼調試

系統開始工作，首先初始化UART串口、PWM、中斷，初始化結束程序進入大循環。把小車道路方向放直，單片機開始采集OV7725攝像頭的數據，通過PID控制小車的姿態，在程序的循環里始終處理道路信息，處理完成后進行舵機控制，實時調整小車姿態。

5 結論

本文針對貨物配送智能小車的設計，對其控制原理、結構，軟件設計及其硬件設計做了充分的介紹。通過軟硬件的修改、參數的整定、算法的優化，實現了送貨小車自主送貨的基本的功能。在此過程中學習了硬件結構，軟件調試、了解了各種結構和PID算法功能。接下來將以此為基礎，更加深層次地研究智能送貨小車的設計過程，實現理論研究的應用價值。

參考文獻：

[1]王再英，劉淮霞，陳毅靜.控制儀表基本控制規律及特點[J].過程控制系統與儀表，2006（01）：72-76.

[2]張毅剛，王少軍，付寧.單片機概述[J].單片機原理及接口技術，2016（07）：3-13.

[3]山外.OV7725數字攝像頭編程基本知識筆記[J].

[4]盤新民，王燕芳.電機控制接口技術[J].微型計算機控制技術，2017（01）：140-147.