基于PID控制算法的智能小車設(shè)計(jì)方案

　　0 引言

　　輪式小車是智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的主體部分，由車身、輪子、速度傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸等結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成。還包括提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器，采集環(huán)境信息的攝像頭等模塊，綜合實(shí)現(xiàn)收集小車的自身狀態(tài)信息或外部環(huán)境信息，并對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、融合，動(dòng)態(tài)調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在一定條件下的自主尋跡行駛。

　　本智能車采用PID控制算法，使用CCD線型攝像頭作為黑色引導(dǎo)線的檢測設(shè)備，經(jīng)LM393比較后供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，圖像識(shí)別，從而可以進(jìn)行路徑識(shí)別。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的是PC33886，使用直射型光電傳感器來測量速度，并將相關(guān)信息顯示在LCD液晶顯示屏上，并采用4個(gè)按鈕按鍵進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，為現(xiàn)場調(diào)試提供了友好的人機(jī)交互界面。

　　1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

　　整個(gè)車模系統(tǒng)可以分為三大部分：環(huán)境圖像采集部分、電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、中央數(shù)據(jù)處理部分，且采用16位微控器MC9S12DGl28B作為核心控制單元，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　智能車的動(dòng)力部分使用的是常見的小型永磁式直流電機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路非常成熟，既有分離元件組成的驅(qū)動(dòng)器，也有一體化的功率集成驅(qū)動(dòng)芯片可供選用。

　　智能汽車最重要的部件，也就是智能汽車的大腦——中央處理系統(tǒng)。它不僅負(fù)責(zé)將環(huán)境圖像采集部分送來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還要將這些信息轉(zhuǎn)化成為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，使整車按照預(yù)定的規(guī)則前行，這就要求該系統(tǒng)具有龐大的數(shù)據(jù)處理能力。

　　2 路面檢測模塊

　　2.1 路面檢測方案比較及可行性分析

　　環(huán)境圖像采集部分可以采用陣列紅外探頭和CCD或CMOS圖像傳感器來實(shí)現(xiàn)，前者的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、電路簡單、應(yīng)用方便，缺點(diǎn)是性能有限，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，效果較差。而CCD或COMS圖像傳感器(攝像頭)就能彌補(bǔ)陣列紅外探頭的各種缺點(diǎn)。

　　為了能快速采集圖像數(shù)據(jù)并且兼顧開發(fā)的難易程度，在此次設(shè)計(jì)中將采用輸出標(biāo)準(zhǔn)TV視頻信號(hào)的黑白監(jiān)控?cái)z像頭。這種攝像頭可以配合行、場同步信號(hào)分離電路和單片機(jī)自身的A/D轉(zhuǎn)換電路，可以將圖像方便地采集進(jìn)來，從而回避數(shù)字型攝像頭復(fù)雜的總線協(xié)議和數(shù)據(jù)處理過程。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　LM1881視頻同步信號(hào)分離芯片可以從攝像頭信號(hào)中提取信號(hào)的時(shí)序信息，LM1881的同步分離電路如圖2所示。

　　引腳2為視頻信號(hào)輸入端，攝像頭信號(hào)即由此輸入LM1881，引腳3為場同步信號(hào)輸出端，當(dāng)攝像頭信號(hào)的場同步脈沖到來時(shí)，該端將變?yōu)榈碗娖剑话憔S持 230μs，然后重新變回高電平，引腳7為奇一偶場同步信號(hào)輸出端，當(dāng)攝像頭信號(hào)處于奇場時(shí)，該端為高電平，當(dāng)處于偶場時(shí)，為低電平。奇一偶場的交替處與場同步信號(hào)的下降沿同步，也就是和場同步脈沖后的上升沿同步。