自動(dòng)引導(dǎo)小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-05 13:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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；速度控制的作用就好比駕駛員和他腳下的油門和剎車。為了探測小車前進(jìn)過程中的路況信息以及小車在沿黑線行走過程中的偏離黑線的程度等行駛狀態(tài)信息，以便通過此信息來指導(dǎo)MCU應(yīng)該怎樣對執(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，使小車能平緩的入彎，防止因速度過快而沖出賽道。如果僅采用開環(huán)控制方式，則智能車在轉(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，很容易因速度過快沖出跑到，若采用閉環(huán)控制，將車輪轉(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。車速檢測有多種可行的方案。模型小車的速度執(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)電流問題?？紤]到小車的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)為微型永磁式直流電動(dòng)機(jī)，工作電流相對較小，而且小車的設(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脈寬與速度的對應(yīng)關(guān)系對電機(jī)進(jìn)行控制，從而對速度進(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)硬件和控制需求來制定。系統(tǒng)的基本軟件流程為：首先，對各功能模塊和控制參數(shù)進(jìn)行初始化。然后，通過圖像采集模塊獲取前方賽道的圖像數(shù)據(jù)，接著S12利用邊緣檢測方法從圖像數(shù)據(jù)中提取賽道黑線，求得小車于黑線位置的偏差，對舵機(jī)進(jìn)行反饋控制。同時(shí)通過速度傳感器模塊獲取小車的速度，根據(jù)檢測到的速度，結(jié)合速度控制策略，對小車速度不斷進(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、干擾和電路簡單等方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€(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、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，通過控制
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