基于K60单片机的货物配送智能小车的设计

周阳+陆干松+汪瑞+王庆宇+郝保明

摘 要：本文研究的是基于摄像头的自动送货小车，它可以自己采集道路上的信息，判断道路上的情况，从而进行转弯，停车，卸货的功能。它是一种由主控芯片（Kinetis60）控制摄像头二值化采集道路信息，单片机处理信息，输出各种处理信息，各个模块分工合作，借助位置式PID[1]算法精准的控制舵机，采用双MOS管驱动电机，最终控制小车完成指定功能。

关键词：Kinetis60单片机；位置式PID；循迹小车；智能送货

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

1 引言

近年来，网络越来越发达，随之而来的是货运业务的鼎盛期，网络推动一个社会的发展，也推动货物投送业务的发展，同时也推动了快递业务的发展。于此同时大量的投递工作也给从事投递行业的人们增加了很大压力，因此智能投送尤其重要。智能送货小车可以不受天气的影响实现无人送货，只要有合适的道路就可以送货，大大减少了送货人员的工作量，减轻了工作人员的负担。

2 基于K60的智能送货小车的总体设计方案

该设计是以Kinetis60单片机为主控芯片，通过K60单片机的内部资源[2]，如PWM、AD、定时器、外部中断、串口等功能。通过并行口对二值化数字摄像头进行采集，并行口具有传输速度快，数据稳定的特点。同时鹰眼摄像頭的采集速度要比其它摄像头采集速度快，图像更稳定。在低亮度和强光照下比其它摄像头具有更好的图像输出。

摄像头二值化图像输出后，单片机采用DMA采集，直接将输出的图像存储到单片机内存中，单片机再逐幅图像进行处理，找出道路两边，根据两边计算出中心线。单片机根据计算出的中心线来进行车的正前方的偏差，通过位置式PID进行舵机控制。

3 硬件电路设计

硬件电路分为电源模块、单片机最小系统模块、传感器模块、MOS管电机驱动模块。下面分别介绍下电源模块、传感器模块和电机驱动模块。

3.1 电源模块电路

这个系统是通过一节7.2V的香山红叶电池来供电，然而单片机系统需要的是3.3V电源，传感器模块也需要的是3.3V电源。所以我们需要对电源进行降压设计。通过7350电源芯片稳成5V电源，前后均有滤波电路，单片机需要的3.3V通过AMS117来进行稳压。由于7350的压降值非常小而且电流比较小，因此只作为主控芯片供电。

3.2 传感器模块电路

系统需要应用摄像头来采集信息，我们采用的是较为成熟的且业界口碑较好的OV7725数字摄像头。OV7725摄像头中的数据是通过8位并行口进行读取，我们将摄像头的8位并行输出口接单片机的连续IO口，这样方便程序的处理。摄像头的SCCB控制口没有特殊要求我们接的是普通I/O口。时钟线和场中断线接普通IO口。

3.3 电机驱动模块电路

电机驱动模块的作用是驱动电机转动，并对电机转速进行控制，从而使得小车前进和停止。速度的控制有主控芯片产生的PWM[4]来控制电机驱动电路来控制电机的直接驱动。驱动芯片需要12V的电源供电，因此需要有升压电路来提供。驱动部分有双MOS管和IR2104芯片部分电路完成。

4 软件代码调试

系统开始工作，首先初始化UART串口、PWM、中断，初始化结束程序进入大循环。把小车道路方向放直，单片机开始采集OV7725摄像头的数据，通过PID控制小车的姿态，在程序的循环里始终处理道路信息，处理完成后进行舵机控制，实时调整小车姿态。

5 结论

本文针对货物配送智能小车的设计，对其控制原理、结构，软件设计及其硬件设计做了充分的介绍。通过软硬件的修改、参数的整定、算法的优化，实现了送货小车自主送货的基本的功能。在此过程中学习了硬件结构，软件调试、了解了各种结构和PID算法功能。接下来将以此为基础，更加深层次地研究智能送货小车的设计过程，实现理论研究的应用价值。

参考文献：

[1]王再英，刘淮霞，陈毅静.控制仪表基本控制规律及特点[J].过程控制系统与仪表，2006（01）：72-76.

[2]张毅刚，王少军，付宁.单片机概述[J].单片机原理及接口技术，2016（07）：3-13.

[3]山外.OV7725数字摄像头编程基本知识笔记[J].

[4]盘新民，王燕芳.电机控制接口技术[J].微型计算机控制技术，2017（01）：140-147.