【導(dǎo)讀】課題基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)自動(dòng)路徑識(shí)別設(shè)計(jì)。專業(yè)班級(jí)通信工程

　　

【正文】 PWMPOL |=0X03。 PWMCAE amp。=0XFC。 /* 左對(duì)齊 */ PWMCTL |=0x10。 /*選 PWM1 為 16位 */ PWMPER01=20210。 PWMDTY01=5 PWME_PWME1 =1。 /*Enable PWM1*/ 電機(jī) 初始化 PWME_PWME3 = 0。 PWME_PWME5 =0。 /*禁止 PWM5*/ PWMCLK_PCLK3 = 0。 PWMCLK_PCLK5 =0。 /*選 CLOCKB*/ PWMPRCLK |=0x70。 /*128 分頻 */ PWMPOL_PPOL3 = 1。 PWMPOL_PPOL5 = 1。 PWMCAE_CAE3 = 0。 PWMCAE_CAE5 = 0。 PWMCTL_CON23=1。 PWMCTL_CON45=1。 PWMPER23 = 120。 /*dedicated period register for channel 2*/ PWMDTY23 =20。 PWMPER45 = 120。 /*dedicated period register for channel 3*/ PWMDTY45 = 0。 /*初始化占空比為 0*/ PWME_PWME3 = 1。 /*Enable PWM3*/ PWME_PWME5 = 1。 /*使能 PWM5*/ 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動(dòng)路徑識(shí)別設(shè)計(jì) 20 控制策略路徑識(shí)別策略 路徑識(shí)別是智能車輛的道路信息采集的眼睛相當(dāng)，信息采集精度直接決定了主要的 程序控制和智能車輛的穩(wěn)定性。它包括傳感器的控制和接收信號(hào)的處理。 該傳感器控制是光的激光調(diào)制管，處理接收到的信號(hào)中包含的激光信號(hào)接收管分時(shí)對(duì)采樣結(jié)果的采樣和分析判斷。 激光發(fā)射管調(diào)制分時(shí)發(fā)光 該傳感器控制是光的激光調(diào)制管，處理接收到的信號(hào)中包含的激光信號(hào)接收管分時(shí)對(duì)采樣結(jié)果的采樣和分析判斷。這確保了對(duì)應(yīng)的接收管接收一個(gè)相應(yīng)的激光管的光。為了避免太陽光和其他光的干涉，紅色光可以被調(diào)制的激光管發(fā)射到一個(gè)特定的頻率，然后接收管接收特定頻率，避免太陽光和其他光干擾。 信號(hào)的接收與處理 在激光管的光，經(jīng)過一定的延時(shí)，然后讀取相應(yīng)的信號(hào)接收管，通過測試接收管，輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)清晰，可以通過 I / O 直接讀取，最終采用了 IO 口作為單純的數(shù)字量輸入端口來讀取接收信號(hào)，將接收到的信號(hào)放于預(yù)定的數(shù)組 Led[ ]中，等一次掃描結(jié)束后， 再進(jìn)行相應(yīng)的處理。傳感器權(quán)值分配圖 由于今年的比賽為黑色的線，一個(gè)白色的表面的兩側(cè) ，并鋪設(shè)地板的顏色跟蹤的不確定性。因此我們采用尋白面的方式，可以防止賽道地板顏色不同造成的影響。對(duì)于尋白面來說，當(dāng)激光傳感器照到黑線時(shí)，必須判斷出照到的是左黑線，還是右黑線，這樣智能車在任何賽道類型都能正確的打角。由于之前做過 PLC實(shí)訓(xùn)，因此對(duì)于黑線判斷，我們采用PLC里的編程思想，采用相互嵌套的方式判斷黑線的類型，這樣編程思路比較簡單方便。 if((Led[0]==1||Led[1]==1||Led[2]==1||Led[3]==1||Led[4])amp。amp。n==0) 25 25 25 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 73 53 3 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 25 25 25 25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 左黑線權(quán)值分布 右黑線權(quán)值分布 白面權(quán)值分布 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 { ++m。 } if((Led[15]==1||Led[14]==1||Led[13]==1||Led[12]==1||Led[11])amp。amp。m==0) { ++n。 } 其中 m， n分別為左賽道標(biāo)志位，右賽道標(biāo)志位。 掃描結(jié)束后， LED [ ]將陣列掃描的結(jié)果，即映射在黑色的線的位置，對(duì)應(yīng)的數(shù)組中的位置是 1的黑色，白色板位置相應(yīng)的陣列是 0，將對(duì)應(yīng)權(quán)值存放于 a0[ ], a1[ ],a2[ ]中，權(quán)值分計(jì)算出黑線位置，這樣便將 黑線位置用數(shù)字量反映出 來。 左（ m0）： 右賽道 (n0)： sensor_sum=(signed int)( ∑Led[i]*a1[i]/black_num)。 白面 (m==0amp。amp。n==0)： sensor_sum=(signed int)( ∑Led[i]*a2[i]/black_num)。 計(jì)算出黑線位置以后，還要根據(jù)上次采集到的黑線位置判斷本次數(shù)據(jù)是否有效，即必須進(jìn)行濾波，具體來說，將本次 黑線位置與前一次的比較，如果前后兩次，位置相差大于或等于 5個(gè)，就認(rèn)為這次的位置是個(gè)突變不可信，繼續(xù)保持上一次的位置。經(jīng)濾波分析確定黑線位置以后，便可以根據(jù)本次以及以往得到的黑線位置分析賽道形狀，可以設(shè)定一個(gè)數(shù)組，存放多次數(shù)據(jù)采集的結(jié)果，可以判斷出是否為長直道，比如有 30次 sensor_sum =4，則可以判斷目前的賽道是長直道，可以控制電機(jī)加速。由于本次采用單排激光管的控制策略，因此可以采用單排激光管檢測到的黑線位置 ,以及前幾次檢測到的黑線位置，判斷出賽道的大 S和小 S形狀，以便控制舵機(jī)打角和控制電機(jī)速度。 具體賽道處理流程圖如圖 52： 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動(dòng)路徑識(shí)別設(shè)計(jì) 22 圖 5 2 賽道處理流程圖 舵機(jī)控制策略 舵機(jī)控制的目標(biāo)是對(duì)于不同曲率半徑的賽道舵機(jī)打角分配合適且打角及時(shí) .我們采用模糊自適應(yīng)控制，自適應(yīng)模糊控制具有調(diào)節(jié)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但在調(diào)試過程中出現(xiàn)的不連續(xù)性缺陷起角； 在模糊自適應(yīng)控制，轉(zhuǎn)向齒輪旋轉(zhuǎn)角度和 PWM脈沖寬度成正比關(guān)系，因此函數(shù)唯一確定的 PWM脈沖寬度和旋轉(zhuǎn)的角度。建立的一次函數(shù)方程如所示。 pwm_ctrl=pwm (signed int) sensor_sum *kp。 式中， pwm_ctrl為舵機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)的角度， pwm為車輪擺正時(shí)舵機(jī) PWM脈寬應(yīng)賦的 PWMDTY01的值， sensor_sum為由傳感器狀態(tài)求得的黑線位置， kp為比例系數(shù)。因此，我們已經(jīng)算出了在傳感器不同狀態(tài)下應(yīng)轉(zhuǎn)的角度。具體舵機(jī)控制流程圖如圖 53： 激光管分時(shí)發(fā)射 單片機(jī)權(quán)值計(jì)算 單片機(jī)接收數(shù)據(jù) 接收管接收完成 開始 結(jié)束 否 是 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 5 3 舵機(jī)控制流程圖 速度控制策略 速度控制主要有 BangBang 控制和 pid 控制。 BangBang 控制是一種時(shí)間最優(yōu)控制，它的控制函數(shù)總是取在容許控制的邊界上，或者取最大，或者取最小，僅僅在這兩個(gè)邊界值上進(jìn)行切換，其作用相當(dāng)于繼電器，所以也是一種開關(guān)控制。（引用） 控制方法的性能在某些方面比傳統(tǒng)的 PID 更好的，特別是對(duì)于給定的上升，下降和最大的干擾，效果更顯著。 在動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不僅體現(xiàn)在這一過渡時(shí)間短， 還 有一些超調(diào)量等指標(biāo) 上也有不小的 改進(jìn)。PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）構(gòu)成。如圖 51 所示： 開始 舵機(jī) P 控制 數(shù)據(jù)采集處理結(jié)束 舵機(jī)打角 結(jié)束 是 否 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動(dòng)路徑識(shí)別設(shè)計(jì) 24 E r r o r S e tp o in t P I D P r o c e s s ∑ ∑ Ou tp u t 圖 5 4PID 控制器結(jié)構(gòu)圖 通過定時(shí)中斷采集編碼器的脈沖值，送給單片機(jī)，單片機(jī)與設(shè)定值相比較后，進(jìn)行 pid控制，以此來控制智能車的速度。速度控制流程圖如圖 55所示： 圖 5 5 pid 控制流程 開始 編碼器速度采集完成？ 采集速度與設(shè)定速度比較 速度 pid 控制 電機(jī)速度 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 起跑線檢測 對(duì)于起跑線的檢測，我們采用紅外對(duì)管單獨(dú)進(jìn)行檢測。這樣檢測的成功率比單獨(dú)通過激光管檢測要高的多。起跑線檢測程序流程圖如圖 55： 圖 5 6 起跑線檢測流程圖 本章小結(jié) 本章詳細(xì)的介紹了智能車的軟件編程思想，并分別在數(shù)據(jù)采集、舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制和速度控制的幾個(gè)主要地方做了細(xì)致的分析與介紹。 開始 紅外管檢測黑線 =4 起跑線標(biāo)志位 +1 停車 起跑線標(biāo)志位 =2 結(jié)束 否 否 是 是 沈敬紅：基于單片機(jī)的智能車系統(tǒng)自動(dòng)路徑識(shí)別設(shè)計(jì) 26 參考文獻(xiàn) [1] 高衛(wèi)東，辛友順，韓彥征． 51單片機(jī)原理與實(shí)踐 [M] ．北京航空航天大學(xué)出版社 , [2] 劉同法，陳忠平．單片機(jī)基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實(shí)踐 [M] ．北京航空航天大學(xué)出版社 , [3] 張景璐，于京，馬澤民． 51單片機(jī)項(xiàng)目教程 [M] ．人民郵電出版社 , [4] 黃智偉．全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M] 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