楊睿琬+何志琴

【摘 要】隨著當(dāng)今世界的發(fā)展，智能化已成為主流趨勢。智能設(shè)備能夠在非人為 干擾因素下完成預(yù)設(shè)好的任務(wù)。智能小車就是其中一個主要的體現(xiàn)。它可以在特定的環(huán)境下，通過識別標(biāo)志物以及預(yù)先設(shè)定好的流程來完成目標(biāo)任務(wù)。也可以協(xié)助工作人員來更加高效的完成任務(wù)。而且我們可以通過用計算機來使它更加精確的完成任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；PID控制；智能車

【Abstract】With the development of the world today， intelligent has become the mainstream trend. Intelligent equipment can be in the non-human interference factors to complete the preset tasks. Intelligent car is one of the main embodiment. It can be in a particular environment， through the identification of markers and a preset process to complete the target task. But also to assist the staff to more efficiently complete the task. And we can use computers to make it more accurate to complete the task.

【Key words】Data collection； PID control； Intelligent car

0 引言

智能車輛能夠通過自身的傳感器來感知小車外部的環(huán)境以及自身的狀態(tài)。智能小車運用了包括自動控制、數(shù)據(jù)采集、圖像處理、PID控制算法等在內(nèi)的多種高新技術(shù)，完成了理論知識的完美融合。近年來，智能車已經(jīng)成為自動化專業(yè)的寵兒，從舉辦十多屆的智能車競賽就可以看出。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)的主控電路以及驅(qū)動電路都是由Altium Designer6.9來設(shè)計的。原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、信號完整性分析和設(shè)計輸出等功能都是在該軟件中完成。

1.1 電源模塊

該系統(tǒng)我們采用了7.2V的蓄電池來供電，利用TPS7333、TPS7350、MIC29302、ASM1117四種穩(wěn)壓芯片來構(gòu)成穩(wěn)壓電路。第一路通過TPS7333降壓到3.3V用來給單片機單獨供電；第二路通過TPS7350降壓到5V用來給編碼器以及CCD供電；第三路通過MIC29302芯片降壓到6.2V用來給舵機模塊單獨供電；第四路通過ASM1117降壓到3.3V用來給顯示屏以及撥碼開關(guān)來供電。用這樣多塊穩(wěn)壓芯片的目的是為了達(dá)到每個模塊都能得到穩(wěn)定電壓的目的。

1.2 CCD采集模塊

該系統(tǒng)的傳感器我們主要采用的是藍(lán)宙三代TSL1401CL線陣CCD，該傳感器的驅(qū)動程序主要是用單片機控制CLK以及SI兩個引腳按照特定的時序發(fā)出方波信號，AO引腳就會依次輸出128個像素點的模擬信號。

采集原理是通過中斷對賽道信號進行采集，主程序在采集完行的128個相素點后來完成對數(shù)據(jù)進行提取及當(dāng)前黑線提取。其中，主程序主要完成的任務(wù)是：單片機初始化、CCD寄存器初始化、參數(shù)設(shè)置、黑線提取、舵機控制算法；PIT 5ms中斷服務(wù)程序完成速度的檢測以及速度的控制。

1.3 舵機驅(qū)動模塊

舵機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由舵盤、齒輪組、位置反饋電位計、直流電機、控制電路板等構(gòu)成。舵機的工作原理是脈寬信號給定參考位置，舵機內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。舵盤角位是由PWM控制信號的脈寬來決定的。

舵機的控制方法主要是通過調(diào)節(jié)脈寬來控制舵機的角度。采用位置式PID

其中P數(shù)采用的是動態(tài)的，D參數(shù)采用的是靜態(tài)的，動態(tài)P參數(shù)采用的是二次函數(shù)。

1.4 電機驅(qū)動模塊

該系統(tǒng)的電機驅(qū)動模塊主要采用的增量式PID控制

電機驅(qū)動速度的基本思想是直道加速、彎道減速，這樣可以使得加減速變化的更為平滑。該系統(tǒng)車模采用的是雙電機驅(qū)動，我們?yōu)榱私鉀Q差速問題采用了控制兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，，使其滿足阿克曼模型的要求。

阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性，是以汽車前輪行駛過程中無側(cè)向力為假設(shè)條件的。該轉(zhuǎn)向特性的特點為：（1）汽車直線行駛時，4個車輪的軸線都互相平行，而且垂直于汽車縱向中心面；（2）汽車在轉(zhuǎn)向行駛過程中，全部車輪都必須繞一個瞬時中心點做圓周滾動，而且前內(nèi)輪與前外輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足下面關(guān)系式：

根據(jù)其幾何關(guān)系，最后推出：

其中V是根據(jù)黑線判斷的速度，V_left為左電機速度，V_right為右電機速度，a、k為轉(zhuǎn)彎系數(shù)。

這樣就可以基本實現(xiàn)兩輪差速，公式中可以通過調(diào)節(jié)a來改變差速的大小，通過增加k的值可以在入彎時提前差速，反之，則相反。

2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要采用C語言開發(fā)。是在IAR7.3編譯環(huán)境下進行編譯的。在CCD控制系統(tǒng)的軟件中，程序的主流程是通過行中斷對賽道信號進行采集，主程序通過對數(shù)據(jù)的采集完成對黑線的提取。其中，主程序主要完成的任務(wù)是單片機初始化、傳感器寄存器初始化、參數(shù)設(shè)置、黑線提取、舵機控制算法；PIT 5ms中斷服務(wù)程序完成速度的檢測以及速度的控制。

3 結(jié)語

智能循跡小車的設(shè)計涉及了很多學(xué)科的內(nèi)容，它集中運用了計算機、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及其自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。對智能小車的研究加深，有利于技術(shù)的實時更新，跟上國際化潮流。

【參考文獻(xiàn)】

[1]熊和金.智能汽車系統(tǒng)研究的若干問題[J].交通運輸工程學(xué)報，2010，4（2）：23-27.

[2]華亮.移動機器人運動機構(gòu)及控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2006.

[3]郝寶青.智能車輛視覺導(dǎo)航中道路與行人檢測技術(shù)的研究[D]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[4]張俊溪.基于紅外傳感器智能車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].西安航空學(xué)院學(xué)報，2012，7（12）：76-79.

[5]胡長暉.基于視覺技術(shù)智能車系統(tǒng)的設(shè)計[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報，2011，3（5）：16-18.

[6]黃開勝.韓國智能模型車技術(shù)方案分析[J].電子產(chǎn)品世界，2006，4（5）：29-32.

[7]皋宇.基于光電傳感器的智能車設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009，7（20）：112-114.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]