自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-05 13:00 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)而達(dá)到正確行駛的目的。方向控制的作用就好比是駕駛員和他所控制的方向盤(pán)；速度控制的作用就好比駕駛員和他腳下的油門(mén)和剎車(chē)。為了探測(cè)小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中的路況信息以及小車(chē)在沿黑線行走過(guò)程中的偏離黑線的程度等行駛狀態(tài)信息，以便通過(guò)此信息來(lái)指導(dǎo)MCU應(yīng)該怎樣對(duì)執(zhí)行部分發(fā)出命令，采用攝像頭獲取道路圖像信息。為了使小車(chē)能平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，除了舵機(jī)轉(zhuǎn)向的控制之外，還要在入彎的時(shí)候適當(dāng)?shù)臏p速，使小車(chē)能平緩的入彎，防止因速度過(guò)快而沖出賽道。如果僅采用開(kāi)環(huán)控制方式，則智能車(chē)在轉(zhuǎn)彎角度不同、路面狀況改變或者系統(tǒng)供電電池電量不同的時(shí)候，智能車(chē)的速度在同樣占空比的條件下也會(huì)有很大差別。如在電池剛充滿電的情況下，很容易因速度過(guò)快沖出跑到，若采用閉環(huán)控制，將車(chē)輪轉(zhuǎn)速信息反饋給微控制器，從而使電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值等于指令轉(zhuǎn)速值，就能提高速度的準(zhǔn)確性。車(chē)速檢測(cè)有多種可行的方案。模型小車(chē)的速度執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電機(jī)，為永磁式微型直流電動(dòng)機(jī)。它的驅(qū)動(dòng)方案主要有三種：電磁繼電器開(kāi)關(guān)控制、達(dá)林頓管或MOS管組成的H型電路控制和單片電動(dòng)機(jī)控制芯片控制。第一種和第三種方案電路較簡(jiǎn)單。但是繼電器響應(yīng)速度慢，易損壞，可靠性不高，而且體積大，顯然不適合小車(chē)的使用。第二種方案效率高，而且控制靈活，但其外圍電路復(fù)雜，體積和重量都不能滿足要求。如果采用第三種方案，就需要解決散熱和驅(qū)動(dòng)電流問(wèn)題?？紤]到小車(chē)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)為微型永磁式直流電動(dòng)機(jī)，工作電流相對(duì)較小，而且小車(chē)的設(shè)計(jì)有重量和體積的限制，所以決定采用第三種方案。由于S12單片機(jī)帶有PWM輸出端口，PWM波獲取方便，為了加強(qiáng)靈活性，能實(shí)時(shí)改變控制量，所以利用PWM脈寬與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，從而對(duì)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，精確控制。系統(tǒng)硬件位于底層，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)則根據(jù)硬件和控制需求來(lái)制定。系統(tǒng)的基本軟件流程為：首先，對(duì)各功能模塊和控制參數(shù)進(jìn)行初始化。然后，通過(guò)圖像采集模塊獲取前方賽道的圖像數(shù)據(jù)，接著S12利用邊緣檢測(cè)方法從圖像數(shù)據(jù)中提取賽道黑線，求得小車(chē)于黑線位置的偏差，對(duì)舵機(jī)進(jìn)行反饋控制。同時(shí)通過(guò)速度傳感器模塊獲取小車(chē)的速度，根據(jù)檢測(cè)到的速度，結(jié)合速度控制策略，對(duì)小車(chē)速度不斷進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，沿軌道快速行駛。系統(tǒng)的基本軟件結(jié)構(gòu)如圖22所示。 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)是硬件電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、控制的精確度都有著直接的影響。沒(méi)有一個(gè)好的硬件設(shè)計(jì)方案，那么以后的控制策略以及控制算法就無(wú)從談起。本系統(tǒng)是一個(gè)各部分協(xié)調(diào)運(yùn)作的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)要完成傳感器接受、單片機(jī)判斷計(jì)算到執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求單片機(jī)把路徑迅速判斷、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向配合電機(jī)控制以及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制精密地結(jié)合在一起。本控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要由微控制器(MCU)模塊、電源模塊、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)模塊、速度檢測(cè)模塊、道路識(shí)別模塊和調(diào)試模塊幾部分構(gòu)成。： 本設(shè)計(jì)選用的MC9S12DG128是飛思卡爾公司推出的S12系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)。其集成度高，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、I 2C、A/D、PWM等。它在汽車(chē)電子、工業(yè)控制、中高檔機(jī)電產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣泛的用途。電源是一個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供所需要的能源保證，因此電源模塊的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。模型車(chē)系統(tǒng)中接受供電的部分包括：傳感器模塊、單片機(jī)模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)模塊以及其它的外圍輔助模塊等。設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾和電路簡(jiǎn)單等方面進(jìn)行優(yōu)化。可靠的電源方案是整個(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。、2A/h的可充電鎳鎘電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包括多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。電源模塊由若干相互獨(dú)立的穩(wěn)壓電源電路組成。在本系統(tǒng)中，除了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電源是直接取自電池外，其余各模塊的工作電壓都需要經(jīng)電源管理芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。：舵機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，主要由舵盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、控制電路板等幾個(gè)部分組成。在硬件連接上共有三根線，使用方便：分別為電源、地及控制輸入。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達(dá)及控制線路所需要的能源，電壓有兩種規(guī)格：，分別對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同。在控制線接單片機(jī)一路PWM輸出，通過(guò)控制
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