一、背景
随着中国城市化进程的加快，大型城市越来越多，城市的人口规模和空间规模将不断扩大，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市拥挤、交通不便等问题表现得越来越明显。人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、空气污浊嘈杂、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题，也是相关行业进行技术研发的一个重要方向。
城市交通是一个复杂的系统工程，涉及系统规划、技术实施、运营管理等众多环节。本文设计的自动导向车(agv)智能控制系统，从技术实施的角度，提出一种车辆自动驾驶和智能交通管理的实现方法。通过自动驾驶，避免由于人为因素造成的交通事故，可增强车辆行驶的安全性；通过智能交通管理，提高车辆的通行效率，减少车辆在路口等等待时间，从而提高燃油效率，减少尾气排放。
作为全球最大的汽车电子半导体供应商，飞思卡尔一直致力于为汽车电子系统提供全范围高性能的单片机、模拟器件和传感器等产品和应用解决方案。本设计中，单片机(mc9s12xdp512)、电机驱动(mc33886)、zigbee 无线通讯(ip‐link1270)及软件开发(codewarrior)等，都采用了飞思卡尔的产品及解决方案。
二、系统方案设计
为了便于测试和演示，我们选择了 1:10 的赛车车模作为设计平台。该车模上有转向舵机、驱动电机，如下图所示。
为实现定位和自动驾驶，小车上需要设置两个传感器。一是光电编码器， mc9s12xdp512 单片机捕捉光电编码器脉冲信号，计算小车的运行速度并进行速度闭环控制，同时累计脉冲信号计算小车的行驶距离，实现里程计功能；二是摄像头，s12xdp512 单片机通过采集视频信号，判断小车的运行偏差量并相应控制
转向舵机，实现自动驾驶，同时通过识别视频信号中的特征路标（黑线十字形状），经地图坐标匹配来修整里程计的累积误差，实现小车准确定位。
对于演示系统而言，场地范围有限，通讯距离较近，而且系统中的小车数量有限，数据量不大，对通讯速率要求不高。结合实际演示系统的特点，采用 zigbee无线通讯方案，通过 ip‐link1270 在各辆小车和控制盒之间传递控制指令和状态数据。控制系统设计方案的结构框图如
小车系统由 7.2v 充电电池组供电，设计中采用图 3 所示的供电方案，对系统中的各个模块供电。由于在使用过程中充电电池的电压有明显的变化，而且在小车急加减速的过程中因工作电流比较大，会造成电池电压有较大的波动，因此特别要注意摄像头和转向舵机供电回路的设计，否则会造成摄像头短时无信号，舵机性能也会受到明显影响。
三、控制系统硬件设计
如图 2 所示，agv 的控制系统要同时完成以下几个任务：
a) 采集摄像头视频信号并进行分析，识别导引路线并计算运行偏差，识别特征路标并进行里程计位置坐标修正；
b) 捕捉光电编码器脉冲信号，计算小车运行速度，累计脉冲信号并计算小车里程信息；
c) 根据位置偏差控制转向舵机，根据速度指令和实际速度信息，实现运行电机速度闭环控制；
d) zigbee 无线通讯，各车与控制盒之间通过定时步序交换数据，由控制盒发出定时同步信号，各小车在指定的时间片将自己的运行状态广播给控制盒以及所有其它小车。 以上几个任务对单片机的处理能力都有一定要求，特别是第一项，为了保证转向的准确性，必须要在一行有效视频信号对应的不到 60 微秒的时间内采集尽可能多的模拟信号。采用常规的 8 位或 16 位单片机基本无法同时完成以上任务。
因此采用了带 xgate 协处理器的 mc9s12xdp512 作为主控芯片，s12x cpu 完成视频信号采集以及转向舵机控制，而视频同步信号及光电编码器脉冲信号则由xgate 模块进行处理，xgate 模块同时还完成运行电机速度闭环控制、zigbee 无线通讯。
为了保证在电池电压有较大变化的情况下单片机系统仍然能连续可靠工作，采用了 ldo 稳压器 cs8122，单片机+5v 供电回路如图 4 所示。
