【正文】 為低電平，芯片復(fù)位。 PPL 電路允許根據(jù)系統(tǒng)需要調(diào)整電源功耗及性能。同時(shí)還包括 2 個(gè)異步串行通信接口（ SCI）、2 個(gè)串行外設(shè)接口（ SPI）和一個(gè) 8 通道輸入捕捉 /輸出比較（ IC/OC）增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器（ ECT）、 2 個(gè) 8 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器（ ADC）和一個(gè) 8 通道 PWM。 智能小車競(jìng)賽是基于同一開發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)的小車競(jìng)速比賽，因而智能小車的速度和穩(wěn)定性是決定比賽成績(jī)的關(guān)鍵。 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中最重要的部分是舵機(jī) 。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 智能車硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出分析情況，結(jié)合其軟硬件特點(diǎn)，在硬件上可將智能車系統(tǒng)劃分為電源、單片機(jī)、傳感器、動(dòng)力電機(jī)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)和通訊調(diào)試等幾個(gè)模塊。 首先，智能車車體慣量較大，車體控制響應(yīng)頻率較低；其次動(dòng)力電機(jī)和舵機(jī)的響應(yīng)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 速度有限；再次，智能車的差速機(jī)構(gòu)很差，不利于作大的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用中， PID 控制算法所控制規(guī)律為比例、積分、微分控制。采用簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制，使用基于反饋控制的 PID 算法為主要的控制算法。它的輸出脈沖的個(gè)數(shù)正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而使它的輸出脈 沖的頻率正比于轉(zhuǎn)速。在后輪齒輪傳動(dòng)盤上粘貼一個(gè)黑白相間的光碼盤，通過固定在附近的反射式紅外傳感器讀取光碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖。采用同軸直連或者齒輪傳動(dòng)等方法，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，它的輸出電壓正比與轉(zhuǎn)速。 測(cè)速電路選擇 為了使模型車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，除了控制前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)以外，還需控制車速，使模型車在急轉(zhuǎn)彎時(shí)速度不要過快而沖出賽道。 BTS7970 是一種集成的 H 橋功率驅(qū)動(dòng)芯片，應(yīng)用的是 PWM 模塊來控制直流電動(dòng)機(jī)，芯片內(nèi)部是 H 橋結(jié)構(gòu) ,內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。要驅(qū)動(dòng)、控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。這個(gè)電壓信息可以通過外部的電壓比較器變成高低電平有單片機(jī)的 I/O 口端口讀取，也可以通過單片機(jī)的 A/D 端口直 接讀取。 （ 2）消除外界環(huán)境光線的干擾。所以 CMOS 的功耗比 CCD 要小。 （ 1）根據(jù)其原理不同分?jǐn)z像頭主要分為兩種： CCD(Charge Coupled Device)攝像頭， CMOS 攝像頭。 如何對(duì)攝像頭 記錄的圖像進(jìn)行處理和識(shí)別，加快處理速度是攝像頭方案的難點(diǎn)之一。道路 檢測(cè)也可以采用紅外與攝像頭混合檢測(cè)方式，但是這種方式安裝有很大的難度。將攝像頭認(rèn)為是一種傳感器，利用單片機(jī)采集道路前面的圖像，通過軟件處理獲取賽道的各種參數(shù)。通過紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線光照射跑道，跑道表面與中心線具有不同的反射強(qiáng)度，白色反射回來，而遇黑色吸收，利用紅外接收管可以檢測(cè)到這些信息。賽道路面用專用白色基板制作，跑道表面為白色，中心有連續(xù)黑線作為引導(dǎo)線，黑線寬 25mm。設(shè)計(jì)自動(dòng)控制器是制作智能車的核心環(huán)節(jié)。小車運(yùn)行過程由方向檢測(cè)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分進(jìn)行控制，采用與白色地面顏色有較大差別的黑色線條作為引導(dǎo)。乘客通過連接在座椅上的通訊接口，也能享受這些功能。 (6)控制系統(tǒng)：智能車控制系統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性與汽車的橫擺運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。 (5)通訊系統(tǒng)：通訊系統(tǒng)保證各模塊之間以及車載體與控制中心之間的高質(zhì)量通訊 。策略應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提取，并存在知識(shí)庫(kù)中。微波單片集成電路（ MMIC）的最新發(fā)展，使固態(tài)收發(fā)模塊在雷達(dá)中的應(yīng)用達(dá)到實(shí)用階段。 (2)視覺子系統(tǒng)，視覺子系統(tǒng)是智能汽車的圖像信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，由攝像頭、圖形卡等硬件設(shè)備和圖像處理軟件組成。 (1)便攜式 GPS 定位與導(dǎo)航：便攜式衛(wèi)星導(dǎo)航集成了衛(wèi)星定位技術(shù)（ GPS）、地理信息管理（ GIS）和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以電子地圖為基礎(chǔ)，通過 GPS 接收衛(wèi)星信號(hào)，能夠完成智能路徑規(guī)劃、全程語(yǔ)音提示、電子地圖瀏覽、衛(wèi)星定位導(dǎo)航等功能。計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為汽車的智能化提供了廣闊的前景。國(guó)防科大成功試驗(yàn)了第四代無人駕駛汽車，它 的最高時(shí)速達(dá)到了 ，創(chuàng)國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄。到 2020年將在日本全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施 SmartWay 計(jì)劃。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)行駛了1600公里，其中 95%的部分是自動(dòng)駕駛的。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 歐洲開發(fā)基金資助進(jìn)行駕駛員監(jiān)測(cè)、道路環(huán)境的感知、視覺增強(qiáng)、前車距控制以及傳感器融合方面的研究。智能車輛的主要特點(diǎn)是以技術(shù)彌補(bǔ)人為因素的缺陷，使得即便在很復(fù)雜的道路情況下，也能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物，沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。近兩年來，一些特大型汽車行業(yè)巨頭紛紛合并、收購(gòu)或建立各種合作關(guān)系，從而在全球范圍內(nèi)掀起了新一輪汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的狂潮。一旦出現(xiàn)駕駛員長(zhǎng)時(shí)間駕車、疲勞駕車、判斷失誤的情況，很容易造成交通事故。歐洲的一項(xiàng)研安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 究表明：汽車駕駛員只要在有碰撞危險(xiǎn)的 前得到“預(yù)警”，就可以避免至少 60%的追尾撞車事故、 30%的迎面撞車事故和 50%的路面相關(guān)事故；若有 1s 的“預(yù)警”時(shí)間，則可避免 90%的事故發(fā)生。因此，許多專家都在尋找一種有效的方法控制汽車的動(dòng)態(tài)特性使之滿足要求，而智能控制的性能優(yōu)于傳統(tǒng)控制，因此在汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 智能控制簡(jiǎn)介 智能控制是一類無需或僅需盡可能少的人干預(yù)就能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) i 目錄 摘 要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 1 緒論 .................................................................... 1 引言 ................................................................ 1 智能控制簡(jiǎn)介 .................................................... 1 智能汽車簡(jiǎn)介 .................................................... 1 開發(fā)智能汽車必要性 .................................................. 1 智能汽車研究現(xiàn)狀 .................................................... 2 未來智能車系統(tǒng) ...................................................... 3 2 系統(tǒng)方案論證 ............................................................ 6 道路檢測(cè)方案設(shè)計(jì) .................................................... 6 動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ................................................ 8 轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制 ........................................................ 9 測(cè) 速電路選擇 ........................................................ 9 控制算法 ............................................................ 9 3 智能車硬件電路設(shè)計(jì) ..................................................... 11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ....................................................... 11 CPU 小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................... 12 CPU 簡(jiǎn)介 ........................................................ 12 CPU 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ................................................ 13 CPU 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) ................................................ 14 CPU BDM 調(diào)試電路設(shè)計(jì) ............................................ 14 A/D 參考電壓電路設(shè)計(jì) ............................................ 15 電源電路設(shè)計(jì) ....................................................... 15 編碼器測(cè)速電路設(shè)計(jì) ................................................. 16 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................... 17 電池電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì) ............................................... 18 加速度電路設(shè)計(jì) ..................................................... 18 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì) ................................................... 19 4 PID 控制算法在智能小車中的應(yīng)用 ......................................... 20 PID 控制簡(jiǎn)介 ........................................................ 20 PID 控制的組成 .................................................. 20 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ii PID 控制器的參數(shù)整定 ............................................ 21 增量型 PID 控制算法 ................................................. 22 增量型 PID 簡(jiǎn)介 ................................................. 22 增量型 PID 算法 ................................................. 22 增量型 PID 應(yīng)用的程序編程 ....................................... 23 5 智能車的軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 24 采集數(shù)據(jù)處理流程 .................................................. 24 賽道信息提取 ....................................................... 26 賽道特征識(shí)別 ....................................................... 26 舵機(jī)轉(zhuǎn)向和電機(jī)速度的控制 ........................................... 26 結(jié)論 ..................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ................................................................. 30 致謝 ..................................................................... 31 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)汽車的性能要求也 日益提高。Image Procession。 （ 3）通過對(duì)競(jìng)賽用智能汽車的轉(zhuǎn)向舵機(jī)轉(zhuǎn)角和行進(jìn)速度所采用的基于路徑形狀信息的參數(shù)自整定模糊 PID 控制算法的研究，提出了可應(yīng)用于現(xiàn)代智能車轉(zhuǎn)向和車速調(diào)節(jié)的PID 控制算法數(shù)學(xué)模型。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容及成果包括以下幾個(gè)方面： （ 1）為了克服外界環(huán)境光的干擾，設(shè)計(jì)了濾波電路，提出 了相應(yīng)的濾波算法。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)汽車技術(shù)理論，討論了機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整方法，如主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾和前束等，同時(shí)為使左右前輪轉(zhuǎn)向一致，討論了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的標(biāo)定方法；在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源模塊、路徑識(shí)別模塊、測(cè)速模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的硬件、安裝方式和外圍接口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)；在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方面，對(duì)道路識(shí)別和跟蹤算法以及車體 PID 控制算法的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究。該算法在攝像頭傾斜檢測(cè)時(shí)，對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)的