基于单片机智能停车系统的设计与实现(论文+源码)_kaic_基于单片机的智能车辆控制系统的设计与实现

 基于单机片智能停车系统
摘要： 随着私家车数量的迅速增加, 大中城市的停车问题越来越严重, 人们早已习惯了将问题交给手机来解决。因此, 迫切需要设计一个智能停车管理系统来支持移动终端, 使用户能够通过移动终端实现停车查询、预订和支付。与传统的停车管理系统相比, 智能停车管理系统具有诸多优势。传统停车管理系统的重点是如何控制每辆车的进出, 如何准确地对每辆车进行时间和充电, 但缺乏对用户人性化需求的考虑。为了弥补这些不足, 本文在对当前国内外停车管理和相关文献进行研究的基础上, 提出了一套智能停车管理系统的发展方案。该系统对进出的车牌进行识别, 并将车辆进出时间与车牌号捆绑在一起, 进行成本统计。在移动客户端上, 用户可以搜索其位置周围的停车场信息, 并进行选择和预订。停车引导功能也是系统人性化的一个重要体现。该系统不仅可以提高停车场的智能管理水平, 还能使车辆进入更加方便, 给车主带来良好的用户体验。本文首先介绍了停车管理系统的研究背景和意义, 阐述了与停车管理系统密切相关的视频识别和停车指导的技术原则。然后介绍了该系统的总体方案设计, 通过对停车管理要求的分析, 确定了停车管理系统的功能框架, 并设计了数据库。最后, 对系统的各个模块进行了详细的设计和实现。通过模板匹配和 BP 神经网络对车牌进行识别, 并采用 Dijkstra 算法为保留用户推荐停车位。该系统大大减少了人员对停车管理过程的干扰, 实现了停车场的自动化、智能化管理。
关键词：单机片；视频识别；智能停车管理系统
 
目 录
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1停车管理的主要问题
1.1.2停车管理智能化的需求
1.2 研究的意义
1.2.1理论意义
1.2.2 实践意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1国内停车场管理现状
1.3.2国外停车场管理现状
1.4 研究内容
第二章 硬件分析选择
2.1 视频识别显示
2.1.1 视频识别的概念
2.1.2 视频识别系统的构成
2.2 车牌识别
2.2.1 车牌识别的分类
2.2.2 车牌识别技术在智能停车管理系统中的应用
2.3 停车诱导模块
2.3.1 停车场外的诱导
2.3.2 停车场内的诱导
2.3.3 车位信息的采集
2.3.4 车位信息的处理和发布
2.4 单机片
2.4.1 单片机的内部资源
2.4.2 单片机的最小系统
2.5 核心控制
2.5.1 PID控制算法介绍
2.5.2 模糊控制
第三章 系统的详细设计与实现
3.1车牌巧别模块的设计与实现
3.2 车辆出入口流程分析
3.2.1车辆入场工作流程
3.2.2车辆出场工作流程
3.3 停车诱导模块的设计与实现
3.3.1 停车场外诱导分析
3.3.2 停车场内诱导分析
3.4 数据库设计
3.4.1数据库的选择
3.4.2 数据库的设计
3.5 即时通讯模块
第四章 软件设计
4.1系统开发环境与系统软件总体结构
4.2 系统软件平台
4.3 系统的初始化设置
4.3.1 时钟模块
4.3.2 PWM模块
4.3.3 ECT模块
4.3.4 ATD模块
4.3.5 SCI模块
4.4 路径识别模块软件设计
4.5 路径记忆模块软件设计
第五章 结论
致 谢
参考文献

第一章 绪论
1.1 研究背景
随着中国经济的快速发展, 城镇化步伐加快, 汽车数量也在快速增长。大中城市不仅面临交通拥堵等问题, 还面临停车困难等严峻挑战。停车已成为大中城市发展中不可避免的问题。
1.1.1停车管理的主要问题
停车困难主要存在于以下几个方面: (1) 停车信息不够透明。中国风格中国缺乏专门的实时停车信息查询平台, 导致大量的时间和空间资源被不熟悉停车过程中的周边条件的司机浪费, 还有一系列的 "如果出现了交通问题, 如道路拥堵更加严重, 甚至有些人找不到停车位和非法停车, 给交通管理人员带来了巨大的压力[1]。(2) 智能停车场数量少, 智能化程度低。中国式随着社会各界对交通问题的日益关注, 智能交通作为解决交通问题的有效手段, 已被越来越多的人所认可和推动。智能停车场作为智能交通的重要组成部分, 越来越受到人们的重视。与发达国家相比, 我国停车智能化程度相对落后;在覆盖面方面, 覆盖面相对集中, 不平衡问题突出。(3) 城市停车问题缺乏统一、有效的管理。中式停车问题涉及多个部门和交通枢纽, 对停车信息缺乏统一、有效的了解, 如停车场的数量和位置、不同所有权的沟通障碍 "停车场、非法停车等。政策策划者和管理者无法根据停车信息做出合理、准确的判断, 从而影响了停车问题的完善。推理和解决。 (4) 需要加强移动停车设备的辅助功能。中国风格随着3G 和4G 网络的不断发展和完善以及智能手机的普及, 移动互联正在改变着我们生活的各个方面。然而, 手机等移动设备在停车过程中仍存在很多不足, 因此拥有方便的移动应用非常重要, 移动设备将在搜索附近停车场、检查停车方面发挥越来越重要的作用 "费用和剩余的停车信息, 导航路线和计费[2]。
1.1.2停车管理智能化的需求
随着机动车数量的爆炸式增长, 停车困难问题已成为困扰许多城市的问题。对于老社区和商场来说, "一个地方" 的困难现象更为普遍。如何解决这个问题？目前主要有两种解决方案: 一是增加硬件停车位的数量;二是提高现有停车位的利用率。第一种方法成本很高, 解决问题的能力有限。第二种方法可以利用互联网等新技术来提高现有停车位的利用率, 这更容易实现, 成本也更低。虽然已经在很多场合建造了停车场来满足人们的停车需求, 但进入停车场时都会有一些常见的问题, 比如停车场几圈后找不到停车位, 或者只是找了停车位 "但看到其他车辆停车。如何合理配置各种资源, 高效、方便地利用停车资源, 使得构建具有信息、自动化、安全性好的智能停车管理系统变得非常重要。另一方面, 随着私家车数量的增加, 停车场的数量也在增加, 停车场的规模和结构也越来越复杂。传统的管理模式难以适应当前的管理形势。如何高效、方便地管理停车场, 确保人力、物力资源的优化利用, 是智能停车管理系统必须解决的另一个重大问题。智能停车系统中的中式智能, 意味着用户可以通过管理系统在停车的整个过程中自动完成停车, 减少甚至完全不需要人工操作[3]。正是这些要求, 促进了智能停车管理系统的不断发展。随着智能化和信息化程度的提高, 不仅方便用户停车, 还便于管理。建立这样的制度是社会发展的大势所趋。
1.2 研究的意义
目前, 智能停车管理系统在我国尚处于应用的初步阶段。通过阅读相关文献, 我们发现现有的许多停车管理系统普遍存在的问题是: 一些管理制度不够完善和合理, 无法考虑实际需要, 使停车管理的功能系统还没有充分发挥作用。本文的主要内容是如何构建一个实用、全方位的智能停车管理系统。整个过程是指用户在停车场停车结束前的停车需求。智能是指使用基于信息的设备和完整的管理软件来简化或取代人力。该系统能显著解决现有停车过程中的一系列问题, 具有重要的理论和现实意义。智能停车管理系统应具有良好的可扩展性, 可应用于不同类型的停车场。
1.2.1理论意义
本文所涉及的停车管理系统采用视频识别技术, 减少了车辆进出停车场的时间, 创新地将移动终端的用户和管理人员紧密地联系起来, 具有停车功能指导、停车信息查询、自动计费等。对大中型智能停车管理系统的建设具有一定的理论指导意义。
1.2.2 实践意义
近几十年来, 随着改革开放的深入, 中国经济发展势头迅速。私家车保有量也稳步增长。交通堵塞和停车困难已成为一个紧迫的社会问题。智能停车管理系统作为一种新型的方案出现, 有效地解决了停车过程中的诸多问题, 具有重要的现实意义。(1) 节约空间资源, 提高经济效益智能停车管理系统停车引导功能的最大意义在于打破传统的增加停车位模式, 解决停车困难。在原有停车位不变的情况下, 对停车位进行精细管理, 实时监测停车位状况, 提高停车位利用率。为了充分利用一切, 不仅节省了空间资源, 而且大大降低了汽车的油耗, 提高了经济效益, 可以说是一石二鸟。(2) 推进生态文明建设, 无论是进出的独特设计, 还是停车诱导系统, 作为智能停车管理系统的一部分, 对停车过程的贡献 管理是毋庸置疑的。科学技术的进步是人类文明发展的重要风向标。如果科技的发展缺乏生态文明的概念, 科技进步的意义就显得微不足道。在目前的情况下, 智能停车管理系统方便车主停车。一方面节约能源, 另一方面减少对大气的污染, 同时减少车主的费用, 这符合生态文明发展的要求。(3) 通过现有停车场的信息技术改造, 建立智能停车管理系统, 可以协调停车场的建设。形成整个区域, 合理调节停车流量, 减少交通拥堵;准确计时收费, 避免违法收费, 保护司机合法权益;监控停车状况, 确保停车安全。智能停车管理系统可以为上级交通部门提供现场车辆信息等数据, 方便整体监控, 方便智能城市建设[3]。
1.3 国内外研究现状
无论是在国内外, 在资源短缺和大中城市汽车保有量迅速增加的前提下, 停车问题越来越严重。建立智能停车管理系统已成为解决这一问题的有效手段。通过对相关文献的阅读, 本文从理论和实践两个方面阐述了国内外的研究现状, 为智能停车管理系统的研究提供了理论和实践上的支持。
1.3.1国内停车场管理现状
(1) 在理论层面上, 与发达国家相比, 我国智能停车管理系统尚处于起步阶段。从理论上讲, 杨晓光整体设计了城市停车诱导信息系统;蔡景勇等人将 GIS 引入停车管理系统, 为管理系统的信息显示功能模块做出贡献;季延杰等人对停车指导信息板的建设进行了深入研究, 建立了停车状态显示优化模型;李伟龙等车辆检测技术。提出了一种低功耗无线传感器网络技术。(2) 实际应用水平目前, 我国的停车系统仍然以停车引导标志为主, 存在很多缺点: 不够抢眼, 光线不好时,很难找到;作为一个静态标志, 它不能反映停车场停车位的实时变化。一些停车场采用光电 LED 导板, 仍无法实时发布停车信息。这表明, 我国停车管理技术总体上相对落后, 普遍没有实现信息化、智能化。近几十年来, 进行了一些有益的探索。例如, 北京首个智能停车制导系统于2001年12月20日在王府井全面开放并投入使用。据有关统计, 王府井地区有 1 4个大型停车场, 7 6个停车位可以向外界开放。该系统首先连接十个停车场。该系统主要由以下几个部分组成: 停车终端设备、控制中屯、网络通信、停车信息室外显示系统[3]。该系统由智能停车场、卫星通信和光纤通信网络的计算机管理和控制组成, 并在电子显示板上公布停车指导信息。该系统在王府井大街 h 入口处、南口王府井大街和东华口街设有电子显示屏, 显示停车场的实时停车位。该系统还与北京交通站连接, 方便附近司机选择所需的停车位。该系统于2012年升级, 采用移动互联网、云计算等新技术, 构建了全方位的智能停车导航系统, 实现了互联网、引导显示屏等多层次、实时的发布手段,广播、手机、车辆导航, 方便司机随时随地了解停车信息。同时, 它还为相关部委的研究提供数据和工具支持。2015年7月16日, 沈阳市政府正式启动建设 "停车方便" 智能交通系统。该系统采用先进的 "大数据" 和云计算技术, 实现了停车信息查询、预订、归档、指导、收费监督等一系列功能。该系统全面投入使用后, 将大大提高城市交通的运行效率[4]。
1.3.2国外停车场管理现状
(1) 在理论层面上, 一些国家和地区出现了较早出现的停车问题。智能停车管理系统的研究和应用较早开始。其技术比较成熟, 功能也比较完善。从理论上讲, 罗素·G·汤普森开发了停车诱导系统优化模型和停车信息显示配置等理论和方法;提出了一种基于整数规划和模糊逻辑的停车预留系统;唐英年提出了一种低成本的无线网络。基于网络的智能停车管理系统可以作为高智能交通系统的组成部分, 在系统之间共享数据。Z. La _ WRF 电阻技术是主要的研究内容, 对停车管理的数据传输方式进行了研究和总结[1]。
 (2) 实际应用水平国外停车场管理系统经历了多年的发展, 目前已基本进入无人值守自动化和智能监控阶段。一般情况下, 采用稳定性好的专用设备实现自动充电操作。国外最明显的进步是收费方式的转变。它们都采用了电子无纸化收费模式, 更加注重人性化和智能化。停车管理系统的重点是智能系统。智能车辆牌照识别、自动引导和自动计费功能是停车管理系统研究的主要内容。国外的一些技术相当成熟, 对我国智能停车管理系统的建设具有重要的借鉴意义。早在 1971年, 世界上最早的停车诱导系统就在德国阿巧建立了。当时, 阿桥的主要路口都配备了光电停车引导标志。1980年, 它被添加到40个地方, 引导标志是远程控制的。科隆的智能停车制导系统已经相当成熟。每个停车场 (车库) 都有一个电脑柜台, 可以随时感觉到进出停车场的车辆状况, 并将停车信息实时传输到市政府的交通监控系统。在对停车场信息进行分析和处理后, 将数据和有用信息传输到城市街道。当然, 在道的标志上, 这些符号上的信息是实时更新的。科隆的交通信息是公开和共享的。司机可以通过各种方式获得这些信息, 方便自己停车。中国式近年来, 国外停车管理公司正在研究和建设 "网络存储" 的停车管理系统。利用互联网, 可以实现某一区域停车场之间的任意停车。该管理系统将统一调度停车资源和收费管理。需要停车的乘客可以在任何网络环境中保留停车位, 支付停车费, 并在指定地点附近查询停车信息。该停车管理系统适应了互联网在人们日常生活中越来越重要的现状, 极大地扩展了停车管理系统的功能和应用范围[5]。
1.4 研究内容
智能停车场管理系统是典型的一体式停车系统的研究方案。它也适用于多端口同时进入和退出。利用视频识别技术, 可以实现车牌识别。有的用户可以不停车就直接进入停车场, 实时监控停车场的停车状况, 这样司机就可以通过移动终端轻松查看停车场, 系统还可以推荐最多的用户之一。停车位, 通过导航, 使车辆能够快速进入停车位。该系统具有效率高、使用方便的特点。从驾驶员的停车需求到车辆进入停车位, 可以提高闲置停车位的利用率, 从停车资源方面减少浪费。从停车管理的角度来看, 可以降低人力成本, 减少投资, 大大提高停车场的运营效率, 从而创造双赢的局面。智能交通有助于我们的实力。
第二章 硬件分析选择
本章主要介绍了智能停车管理系统的基本理论和技术。首先, 介绍了视频识别和车牌识别。然后研究了停车引导技术和停车信息采集方法。最后, 简要介绍了单片机的开发环境。
2.1 视频识别显示
2.1.1 视频识别的概念
视频识别技术是一种基于计算机视觉技术和图形技术的视频运动物体监测和分析技术。视频识别主要包括前端视频信息采集、中间视频监控分析和后端智能处理。视频识别需要前端提供高清稳定的信息源。视频信息的清晰度将直接影响视频识别的质量[6]。
2.1.2 视频识别系统的构成
完整的视频识别系统一般包括前端子系统、通信子系统和后台处理子系统。           (1) 前端子系统前端子系统由交通视频监控部分组成。本文采用了两台1200万像素的网络摄像机, 检测率最低, 为 30 FPS。在停车入口处方前使用小角度前置摄像头。安装高度为3.5 米。车辆的正面特征可以清楚地显示在视频图像中。正向抓取相机主要用于捕捉和识别车辆特征, 为随后的车牌识别奠定基础。另一个主要用于侧体扫描。安装高度为2米。曝光时间可以调整。要求每餐都能看到车身特性。侧向车身扫描相机主要用于分离车辆和服务前置摄像头。整个前端子系统的主要功能是捕获和返回视频, 使用高清摄像机获取视频、采样视频, 然后进行分析以获取车牌号。然后, 国际通用编码格式将视频数字化并传输到后台处理子系统。(2) 通信子系统 ；通信子系统的主要功能是完成信息传输过程, 通常使用有线或无线传输将前端子系统的数据传送到后端分析和处理。(3) 背景处理子系统 ；后台处理子系统由计算机和相应的硬件网络设备组成。其主要功能是对前端收集到的信息进行分析和处理, 实现视频监控和系统查询功能[7]。
2.2 车牌识别
2.2.1 车牌识别的分类
目前, 国内外车牌字符存在诸多差异。复制外国技术当然是不可行的。国内车牌识别技术从上世纪90年代开始逐步发展。车牌识别技术可根据所采用的不同技术手段分为直接识别手段和间接识别手段。(1) 直接识别直接识别是指基于图像处理技术, 高清图像资源可以通过高清相机或信息收集器获得, 然后图像处理可以是卡里出来获得牌照。当车辆经过时, 此方法会触发相机工作, 或者可以由高清摄像机长时间拍摄。然后对图像进行多种处理, 包括消除噪声、消除位置和照明的影响。直接识别具有成本低、识别速度快等优点。(2) 间接识别手段, 通过各种介质进行车牌识别。目前, 常用的是通过刷卡或射频识别技术在车辆上获取智能卡信息。该方法具有精度高、系统运行稳定、抗环境干扰能力强、成本过高等优点[8]。
2.2.2 车牌识别技术在智能停车管理系统中的应用
该系统采用直接识别方法。在车牌识别过程中, 采用了计算机图形、图像识别和模式识别等方法。基本工作流程是当车辆通过停车场的出入口, 触发摄像机工作, 获得车牌图像, 并将视频图像信息传输到计算机进行处理时。计算机首先在图像中定位车牌, 然后对车牌中的字符进行划分, 将每个字符分开, 然后识别切割字符, 最后将处理结果传输到计算机, 以方便后续使用[9]。车牌识别流程图如图2-1 所示。
 
图2-1车牌识别流程图
车牌识别技术的主要评价标准包括识别速度、识别精度和识别管理方法。识别速度是指车辆进入图像采集区域, 开始通过系统识别车辆牌照所需的时间。在车牌识别过程中, 通过随机选择时间间隔, 计算正确识别的车牌数量, 并将所有通过的车牌删除, 确定车牌识别的准确性。在目前的应用系统中, 识别精度可达到 9 6% 以上, 在环境好的情况下效果会更理想。
2.3 停车诱导模块
停车诱导模块可分为四个部分: 信息采集、信息处理、信息传输和信息发布模块。该系统所涉及的停车管理系统不仅包括停车场的感应模块, 还包括停车场外的感应模块。可以说, 智能停车管理系统的诱导期服务于用户的全职和全方位, 从司机的停车需求到汽车的停车位。
2.3.1 停车场外的诱导
引入室外停车场是指在产生停车需求后, 为用户提供停车位和收费状态, 并在用户做出选择时导航到停车场。停车场外的引导功能主要是为了提高停车便利性, 解决道路拥堵问题。它还为用户节省了燃料。同时, 对保护生态环境具有重要的现实意义。其工作原理是通过停车管理终端获取停车信息, 并对其进行实时更新。当用户搜索停车位时, 根据 GPS, 他可以锁定用户的位置, 将停车位信息推到附近。当用户做出选择时, 他可以使用他或她安装的导航软件在停车场外提供导航服务[10]。工作原理如图2-2 所示。
 
图 2-2 场外诱导图
2.3.2 停车场内的诱导
停车场的引导功能是指利用电子信息显示板和移动终端设备实时显示停车场占用情况、闲置停车位位置和停车场导航功能。停车引导功能可以帮助司机快速找到停车位, 也可以使停车场井然有序, 发挥一对一的作用。停车场的感应工作流程是利用停车感知技术检测停车场的使用情况, 然后将这些信息传输到数据处理中心[8], 该中心由计算机处理并放置在数据库中。同时, 通过网络传输到电子显示板 (包括停车位占用惯性和停车位置指导) 和手机。工作原理如图2-3 所示。
 
图2-3场内诱导图
2.3.3 车位信息的采集
停车信息采集是智能停车管理系统的重要组成部分。停车信息采集的质量直接关系到引导功能的实现。通过获取停车信息的方法, 确定了停车信息显示的实时性和准确性。停车位信息采集可分为人工采集和自动采集。人工采集是指记录车辆进出信息, 实时观察和统计停车场的停车位。由于停车场规模和复杂性的不断增加, 这种方法已不适应现代智能停车管理系统的要求, 因此本文将不对其进行评论。接下来, 我们将重点介绍几种常见的自动采集方法。(1) 感应线圈检测方法是感应线圈检测方法中一种传统的检测方法。目前, 感应线圈检测器在世界范围内得到了广泛的应用。其使用方法是将感应线圈传感器埋在被探测停车位的地面下, 并知道停车位是否被感应线圈电压等参数的变化所占据。该方法技术成熟, 线圈电子放大器标准化, 抗干扰能力强, 能全职工作。缺点是安装时必须打破地面, 一次性投资太大, 后期维护成本较高。(2) 超声检测方法;超声检测方法是在停车位上方安装探测器进行脉冲超声传输和接收, 形成时间对比, 以确定停车位是否被占用。其优点是成本低、没有嵌入、没有额外的设备, 缺点容易受到环境因素的影响。超声检测是一种不受车灯影响的主动感应方法, 精度相对较高, 价格相对较低。 (3) 视频检测方法;视频检测方法是一种集计算机模式识别和视频图像处理于一体的检测方法, 通过摄像机和计算机模拟人眼功能。其工作原理是对视频区域中的虚拟识别区域进行划分, 当车辆进入检测区域时, 背景灰度会发生变化, 从而判断车辆是否存在[9]。该方法具有安装简单、维护成本低、成本高、识别率一定误差等优点, 是该检测方法的缺点。此外, 该方法的模式识别技术要求很高, 因此实现复杂。通过对上述停车位信息收集方法的比较, 该系统采用超声波检测方法对停车位占用率进行采集, 达到快速、准确获取停车位信息的目的。信息采集是停车诱导模块的重要组成部分。在信息获取过程中, 需要确保信息的完整性和有效性。信息的完整性是指能够收集停车场中的所有或大部分停车位信息, 以确保有足够的样品, 减少与实际情况的错误。信息有效性是指在信息采集设备出现问题时, 可以及时找到, 避免影响后续工作。良好的停车管理系统必须确保所收集的停车信息的完整性和有效性[11]。
2.3.4 车位信息的处理和发布
增加和处理停车信息的过程, 是指对收集到的停车信息进行分析、处理和发布的过程。首先, 收集停车场的实时数据和停车场的备用停车位数量, 通过减去停车场的容量, 可以检测到占用的停车位数量。经计算机处理, 得到闲置停车位的数量和分布。然后, 根据实际需要, 将信息转换为文本、图像等信号, 并将其传输到电子显示板等[12]。
2.4 单机片
硬件系统是智能模型车辆系统可靠稳定运行的基础。智能模型车辆系统主要由核心控制模块、电源管理模块、路径识别和存储模块、转向发动机控制模块、速度检测模块、后轮驱动电机控制模块、电池电压组成。监控模块、无线通信模块和人机对话模块。系统的硬件组成如图2-4 所示。下文详细介绍了智能模型车辆系统各子功能模块的硬件设计方案。
 
图2-4 系统硬件组成框图
尽管单片机具有计算机的基本结构和功能, 但它本质上只是一个芯片, 不能独立完成任何实际任务。单片机应用系统由单片机、输入输出、显示和控制外围电路、相应的驱动和控制软件组成。如图2-5 所示。
 
图2-5 单机片应用系统示意图
所使用的微控制器是飞思卡尔推出的 S12 系列增强16位微控制器, 广泛应用于汽车电子领域。S12 系列 MCU 的中央处理器由算术逻辑单元、控制单元和寄存器组三部分组成。外部总线频率为8MHz 或 16MHz, 通过内部锁相环, 内部总线速度可达到24MHz。有16种解决方法。内部寄存器组中的寄存器、堆栈指针和地址寄存器都是16位。它具有强大的高级语言支持功能。蓄能器 A 和 B 是8位或16位蓄能器。CPU 的寄存器组由以下五个部分组成。  8位累加器 A、B 或16位累加器 D 16位寻址寄存器 X 和 Y 是用于处理操作数的地址, 可分别用于源地址和目标地址的指针变量操作。堆栈指针 SP 是16位寄存器 a 程序计数器是表示下一条指令或操作数的地址的16位寄存器。一件代码注册 CCR[13]。
2.4.1 单片机的内部资源
它的内部资源非常丰富。简要介绍了时钟和复位模块。PLL 相控锁环路频率合成器 ；cop 看门狗；一个时钟监视器内存128KB 闪存 ；128KB EEPROM； 一个 8KB RAM 双向转换器；10位精度；增强捕获计时器与 Extrnal 触发器转换函数；16位主计数器, 7位频分系数；8个输入捕获通道或输出比较通道；具有 2 8位或16位脉冲计数器 A 可编程的8路 PWM 通道圆和占空比 8位/16位4路 PWM ；对每个电路的循环和占空比的独立控制中间对齐和左对齐输出具有宽频率范围的可编程时钟选择逻辑；在紧急情况下快速关闭输出串行接口；一个或两个异步串行通信接口模块 SCI； 一个 IIC 总线接口；2 个同步串行外围接口 SPI SAEJ1850 ；网络通信结构图如图2-6 所示, 内部结构图如图2-7 所示。
 
图2-6 单机片系统框图
 
图2-7   单片机的内部结构框图

2.4.2 单片机的最小系统
尽管 MCU 将 CPU、ROM、RAM 和 ito 集成到集成电路芯片中, 但仍需要一些外部电路的支持, 主要为 MCU 系统提供电源、时钟、驱动和通信接口。最小硬件系统可分为以下几部分 ：
(1) 电源电路。开发板的电源由外部电源提供。事实上, MCU 模块的电源大多采用 + 5V, MCU 的 CPU 速度越来越快, CPU 的电源电压越来越低, 一般使用 3.3 v、2.5 v, 甚至更低的工作电压。S12 单片机在芯片中使用 2.5 v 电压, 在芯片中使用 2.5 v 电压。较低的片内电压使操作更快, 功耗更低。它有利于抵抗外部干扰。因此, MCU 特别适用于工作环境差的控制系统。由于将稳压器模块集成在 MCU 中, 因此稳压器模块会产生 MCU 所需的其他电压, 从而为 MCU 提供外部电源。为了稳定这些不同的电压, 需要连接一些电容器。有两种电容器, 如1uF 电容器和10uF 电容器, 称为储能电容器。储能电容器可以消除吞吐量数字电路1中从0到0的变化, 即晶体管开机和切断时的电流变化。另一种电容值较小的电容器, 如 0.1 uf 和 0.01 uf, 称为解耦电容器, 消除单片机运行产生的高频噪声。           
(2) 时钟电路。它主要由石英晶体振荡器和一些电容器和电阻组成。尽管单片机可以通过集成到单片机的振荡器生成 MCU 所需的时钟, 但这种简单时钟电路的频率稳定性无法得到保证。最好利用外部晶体振荡器来稳定集成电压控制振荡器光产生的高频振荡。作为一个系统时钟, 它还需要外部晶体振荡器来提供稳定的频率来锁定振荡频率。其外部晶体振荡器电路有两种连接模式, 一种是串联振荡器电路, 另一种是并行振荡器电路。将并联振荡电路应用于智能模型车辆控制系统主板的设计中。具体电路如图2-8 所示。
 
图2-8 晶振电路
(3) 复位电路。虽然芯片中集成了一个上电复位电路, 但当芯片通电时, 复位信号可以自动生成, 但添加手动复位按钮将为调试带来方便。外部复位电路可以使用简单的按钮来增加电阻和电容电路, 或特殊复位芯片。在模型汽车控制系统主板的设计中, 采用了按钮加电阻和电容电路。具体电路如图2-9 所示。           
(4) BDM 接口电路。当 MCU 进入 BDM 模式时, 主机可以通过 BDM 接口将程序下载到 MCU 并在线调试。BDM 模式是 MCU 开发中最基本的调试模式。BDM 接口的通信原理图如图2-10 所示。
 
图2-9 复位电路
 
图2-10接口通信示意图
2.5 核心控制
2.5.1 PID控制算法介绍
数字控制是生产过程中最常用的控制方法, 不仅因为控制结构简单、易于实现、稳定性好、可靠性高等优点, 更重要的是因为它最适合最适合控制对象。因此, 在过程控制中, 上述控制回路具有 PID 结构。调控是比例、积分和微分的缩写。它是控制系统中最成熟、应用最广泛的调节模式。调节的本质是根据输入的偏差值, 根据比例、积分和微分的功能关系来运作。操作的结果用于控制输出[14]。图2-11 显示了它的原理框图。
 
图2-11系统控制原理图
简单地说, 控制器的每个校正链路的功能如下: 比例链路及时、按比例反映控制系统的地面偏差信号, 一旦发生偏差, 控制器立即产生控制功能, 减少偏差积分环节, 主要用于消除静态误差, 提高系统的容差。积分的强度取决于积分的时间常数。约束越大, 积分效应越弱。相反, 差动链路越强, 就能反映偏差信号的趋势变化率, 并在偏差信号过大之前将有效的早期校正信号引入系统, 从而加快系统的动作, 加快系统的运行速度。缩短调整时间[15]。
2.5.2 模糊控制
模糊逻辑控制方法是一种模仿人的思维方式和人的控制经验的控制方法。这种控制方法利用人脑提取被控制对象的物理特征, 并通过自然语言将其归纳为一系列概念和控制规则, 从而形式化人控经验, 引入控制过程,然后采用严格的数学处理实现模糊控制。采用推理和模糊评判的方法, 达到了满意的控制效果。在工程实现中, 采用模糊逻辑语言分析的方法, 将规则转换为计算机可以识别的算法语言, 实现控制对象的控制过程。模糊控制主要基于人对机器系统的直觉和经验, 而不是精确的数学表达式, 也就是说, 它可以摆脱传统控制方法必须依靠控制的数学模型的缺陷系统。因此, 对于一类具有非线性、时变、强环境扰动和难以获得准确数学模型和不确定或可变数学模型的控制过程, 如果采用模糊控制, 一般可以得到更好的动态响应过程, 模糊控制规则不受任何约束, 完全无法解决, 便于与具有实践经验的操作人员讨论和修改。采用各种好的控制理念。计算机在实现模糊控制中的应用, 使人们很容易使用自然语言来影响控制过程的运行。此外, 此控制规则具有极大的通用性, 可通过轻微的修改和组合在许多不同的控制过程中使用[16]。           
模糊控制是一种基于模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理的计算机智能控制。它的基本概念首先是由美国加州大学著名教授乍得提出的。经过多年的发展, 在模糊控制的理论和应用上取得了很大的成功。模糊控制的基本原理框图如图2-12 所示。其核心部分是模糊控制器。如图2-11 中点段帧所示, 通过计算机程序实现了模糊控制器的控制律。描述了一步模糊控制算法的实现过程: 计算机通过中断采样获得控制量的精确值, 然后将数量与给定值进行比较, 得到误差信号。一般情况下, 误差信号被选择为模糊控制器的输入。误差信号的精度被模糊化为模糊性。误差的模糊变量可以用响应模糊语言表示。模糊语言是一组误差的子集, 是一种模糊向量。然后根据综合推理规则, 利用模糊控制规则的模糊算子进行模糊决策, 得到模糊控制变量。
 
图2-12模糊控制系统原理图