陳煊

摘 要：以MCU為控制器核心，采用模糊PID控制算法設(shè)計(jì)汽車，可以輕松實(shí)現(xiàn)智能跟蹤和避障功能。首先，汽車的紅外光電傳感器檢測(cè)道路信息和障礙物，然后將偏移角度和偏移變化率作為兩個(gè)輸入量傳輸?shù)侥：齈ID控制器。經(jīng)過(guò)處理后，輸出相應(yīng)的信號(hào)以控制轎廂運(yùn)動(dòng)的速度和方向。模糊PID控制策略在智能汽車的跟蹤精度和速度方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：MCU;跟蹤;智能汽車

1 引言

智能跟蹤車是一種輪式機(jī)器人，可以根據(jù)計(jì)劃的路徑自動(dòng)運(yùn)行。它也是一個(gè)集成了環(huán)境感知，分析和判斷，決策和自動(dòng)駕駛的綜合系統(tǒng)。隨著物流業(yè)的發(fā)展，由智能汽車發(fā)展起來(lái)的快遞分揀機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，并成為物流業(yè)的熱門搬運(yùn)工具。例如，在快遞分揀中心，工作人員卸下貨物并將其放在快遞分揀機(jī)器人上。其余的處理和分類由機(jī)器人獨(dú)立完成。它大大提高了快遞分揀和運(yùn)輸?shù)男?，降低了成本，并提高了分揀的靈活性。它的研究和推廣將對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化物流產(chǎn)生積極而重大的影響。使用簡(jiǎn)單的控制模型可能會(huì)導(dǎo)致跟蹤車發(fā)生不連貫的運(yùn)動(dòng)，例如在轉(zhuǎn)彎時(shí)擺動(dòng)，從而影響了車速。為了提高轎廂運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，可以將轎廂前端的萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向器，然后對(duì)轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向角和速度采用PID閉環(huán)控制。的智能車。由于智能汽車的轉(zhuǎn)彎也與左右車輪的速度有關(guān)，因此該控制方法需要使轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向角和左右車輪的速度實(shí)時(shí)匹配，否則車輪會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，因此控制困難。根據(jù)跟蹤避障車的工作原理，建立了模糊PID控制模型，實(shí)現(xiàn)了智能車的快速，精確的跟蹤控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

IAP15F2K61S2單片機(jī)用作智能汽車的核心控制器。主要模塊包括電源模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，停車檢測(cè)模塊，跟蹤模塊和避障模塊。電源模塊為其他每個(gè)模塊供電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，左電機(jī)與右電機(jī)的差速用于實(shí)現(xiàn)智能汽車的轉(zhuǎn)向。停車檢測(cè)模塊用于檢測(cè)終點(diǎn)是否到達(dá)以及起點(diǎn)是否返回。跟蹤檢測(cè)模塊可以檢測(cè)路面信息，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理分析后進(jìn)行相應(yīng)的處理，使智能汽車可以沿著預(yù)定路徑行駛。避障模塊用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)路徑前面是否存在障礙。如果MCU收到障礙物的信息，它將向汽車發(fā)送停車命令。由于汽車主要使用模糊PID算法來(lái)規(guī)劃路線，并且簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了跟蹤分類機(jī)器人的跟蹤和避障功能，因此在此主要介紹跟蹤模塊的工作原理。跟蹤模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)路面信息。該模塊使用TCRT5000紅外反射傳感器進(jìn)行檢測(cè)。電位器調(diào)整精度后，有效檢測(cè)距離可達(dá)2.5cm，工作電壓為3.3V-5V，在電源模塊的供電范圍內(nèi)，可以直接從微控制器獲取電源。傳感器的紅外發(fā)光二極管連續(xù)發(fā)射紅外線。當(dāng)檢測(cè)到黑色導(dǎo)線時(shí)，紅外接收管無(wú)法接收到反射的紅外線，二極管處于關(guān)閉狀態(tài)，模塊的輸出為高，指示燈熄滅;當(dāng)黑線不在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外接收管接收到反射的紅外光，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，模塊輸出低電平，指示燈亮。在汽車的前端，五個(gè)跟蹤傳感器用作前視視圖，并以大約1cm的距離排列成一條線。輸出端口OUT從左到右連接到單個(gè)芯片的IO端口P0.4，P0.5，P0.6，P0.7，P1.0。如果傳感器檢測(cè)到黑線，則輸出高電平，否則輸出低電平。從左到右依次命名五個(gè)傳感器。中間的3號(hào)傳感器輸出高電平時(shí)，其余傳感器輸出低電平，表示汽車沿著黑色指導(dǎo)線行駛，然后繼續(xù)直行。如果1號(hào)和2號(hào)傳感器之一檢測(cè)到黑線，表明汽車在向右行駛，則執(zhí)行左轉(zhuǎn)彎。如果第4個(gè)和第5個(gè)傳感器中的傳感器輸出高電平，指示汽車向左行駛，請(qǐng)執(zhí)行右轉(zhuǎn)。在跟蹤過(guò)程中，如果避障傳感器輸出的低電平表示前方有障礙物，則MCU會(huì)執(zhí)行停止等待命令，直到障礙檢測(cè)傳感器的輸出電平高為止，然后繼續(xù)跟蹤過(guò)程。

3 控制結(jié)構(gòu)與算法

模糊PID可以根據(jù)PID控制器的三個(gè)參數(shù)P，I和D與偏移角E和偏移角的變化率EC之間的模糊關(guān)系連續(xù)檢測(cè)E和EC。然后，根據(jù)預(yù)先確定的關(guān)系和模糊推理方法，實(shí)時(shí)修改PID控制器的三個(gè)參數(shù)，并根據(jù)傳感器信號(hào)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行自整定，使輸出參數(shù)值較小。周期中的變化范圍。它有效地解決了輸出值突然變化或偏差變化的問(wèn)題，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以有效地解決一些非線性問(wèn)題。使用模糊PID控制算法，無(wú)需建立精確的數(shù)學(xué)模型就可以有效地設(shè)置PID控制器的參數(shù)。將汽車的中心點(diǎn)的直線和第3個(gè)的紅外傳感器點(diǎn)設(shè)置為L(zhǎng)線。轎廂與引導(dǎo)線之間的位置偏差可以由直線L與引導(dǎo)線之間的角度α表示，直線L的左側(cè)之間的角度為負(fù)，右側(cè)為正。

4 測(cè)試分析

在對(duì)該程序進(jìn)行安裝和基本調(diào)試之后，將使用軌道對(duì)智能汽車進(jìn)行測(cè)試。該軌道由兩條長(zhǎng)度分別為100cm和124cm的直線軌道和一條半徑為50cm的弧形軌道組成。編碼器測(cè)量的速度和光電傳感器采樣的縱向角度偏差由無(wú)線藍(lán)牙設(shè)備上傳到主機(jī)。采用模糊PID控制模型的汽車可以快速轉(zhuǎn)彎，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)連貫，跟蹤運(yùn)動(dòng)更準(zhǔn)確。進(jìn)一步改善汽車的跟蹤性能的措施如下。如果在汽車前部安裝更多的紅外光電傳感器或其他模擬位置傳感器將使檢測(cè)到的軌道位置偏差更加準(zhǔn)確，則轉(zhuǎn)角PID控制器的輸出波動(dòng)也將得到改善，從而可以使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向。車子比較穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)汽車速度采用模糊PID閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)汽車在直行道路上的快速加速和在彎道上汽車的減速，從而達(dá)到良好的速度控制效果。同時(shí)，汽車還增加了紅外避障傳感器，使汽車的道路信息檢測(cè)能力也大大提高。在未來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以適當(dāng)選擇更多性能良好的傳感器，并可以改進(jìn)MCU控制算法，從而提高穩(wěn)定性，可靠性和快速通過(guò)跑道的能力。

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