基于單片機(jī)的智能尋跡車設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的基本控制策略是根據(jù)CCD傳感器檢測(cè)到的路徑信息，車速檢測(cè)模塊檢測(cè)到的當(dāng)前車速信息和加速度傳感器檢測(cè)到的加速度信息，來控制舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
3．1 車速控制
為了提高機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用PID算法實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，PID控制器的輸入量為給定轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的差值，采用增量式PID算法。
3．2 智能車平穩(wěn)性控制
為了避免智能車發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象，應(yīng)在智能車上安裝加速度傳感器，以檢測(cè)是否發(fā)生側(cè)滑。車速為v，轉(zhuǎn)向角為δ，車體質(zhì)量為m，軸距為l，當(dāng)理想轉(zhuǎn)向時(shí)，向心加速度為a，則a=mv2tanδ／l。當(dāng)加速度傳感器反饋回的實(shí)際加速度a*小于理論加速度a時(shí)(實(shí)際中應(yīng)當(dāng)保持一定的死區(qū))，表明智能車系統(tǒng)存在側(cè)滑現(xiàn)象。這時(shí)便命令智能移動(dòng)小車減速，速度參考量為
3．3 舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制
系統(tǒng)使用模糊控制算法控制智能車轉(zhuǎn)向。傳感器檢測(cè)的重點(diǎn)是轉(zhuǎn)向角誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)向角誤差相同時(shí)，不同的誤差變化率反映不同的軌道半徑，因此，該設(shè)計(jì)還檢測(cè)轉(zhuǎn)向角誤差變化率。當(dāng)誤差量很小，且誤差變化率不變時(shí)，則判定為智能小車正沿著引導(dǎo)線行駛，則機(jī)器人小車沿直線行進(jìn)；若誤差變化率較大時(shí)，表明智能小車正在偏離引導(dǎo)線，此時(shí)，需對(duì)航向角做相應(yīng)調(diào)整。通過CCD圖像傳感器檢測(cè)白色地面上的黑線，根據(jù)返回的信號(hào)得出駕駛角誤差和誤差變化率，將CCD圖像傳感器視覺中心的誤差和誤差變化率作為控制器的輸入，分別用e和ec表示；輸出為駕駛角，用δ表示。模糊語言值分別選為：e：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB}；ec：{PB，PM，PS，Z0，NS，NM，NB}；δ：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB}。隸屬度函數(shù)采用三角形，如圖4所示。交疊系數(shù)β=(c1一a2)／(c2-b1)，取0．75。根據(jù)駕駛經(jīng)驗(yàn)建立規(guī)則庫進(jìn)行模糊推理后．利用重心法進(jìn)行反模糊化得出舵機(jī)所要轉(zhuǎn)的角度。

3．4 智能車控制流程
設(shè)計(jì)中，程序初始化完成后便進(jìn)入空閑模式，等待中斷發(fā)生。中斷包括車輪轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器中斷、CCD圖像捕捉中斷和以10 ms為周期的定時(shí)器0中斷。驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)的PWM控制信號(hào)由單片機(jī)的PWM模塊自動(dòng)產(chǎn)生，其定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序如圖5所示。

4 結(jié)語
以MC9S12DGl28作為控制核心，設(shè)計(jì)自主尋跡的智能車控制系統(tǒng)，在檢測(cè)到智能車運(yùn)動(dòng)信息和道路信息的基礎(chǔ)上，采用模糊控制算法控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，通過轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)的方式控制直流電機(jī)。實(shí)驗(yàn)證明：該智能車在白色的跑道上能沿著一定寬度任意弧度的黑色引導(dǎo)線以較快的速度平穩(wěn)地行駛，尋跡效果良好，速度和轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)，速度可以達(dá)到1．5 m／s，此方案已應(yīng)用于全國智能車大賽。