【導讀】課題基于單片機的智能小車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計。專業(yè)班級通信工程

　　

【正文】 PWMPOL |=0X03。 PWMCAE amp。=0XFC。 /* 左對齊 */ PWMCTL |=0x10。 /*選 PWM1 為 16位 */ PWMPER01=20210。 PWMDTY01=5 PWME_PWME1 =1。 /*Enable PWM1*/ 電機 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：基于單片機的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計 20 控制策略路徑識別策略 路徑識別是智能車輛的道路信息采集的眼睛相當，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，處理接收到的信號中包含的激光信號接收管分時對采樣結(jié)果的采樣和分析判斷。 激光發(fā)射管調(diào)制分時發(fā)光 該傳感器控制是光的激光調(diào)制管，處理接收到的信號中包含的激光信號接收管分時對采樣結(jié)果的采樣和分析判斷。這確保了對應的接收管接收一個相應的激光管的光。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。 信號的接收與處理 在激光管的光，經(jīng)過一定的延時，然后讀取相應的信號接收管，通過測試接收管，輸出信號是數(shù)字信號清晰，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，將接收到的信號放于預定的數(shù)組 Led[ ]中，等一次掃描結(jié)束后， 再進行相應的處理。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。對于尋白面來說，當激光傳感器照到黑線時，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實訓，因此對于黑線判斷，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 銅陵學院畢業(yè)設(shè)計 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分別為左賽道標志位，右賽道標志位。 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，對應的數(shù)組中的位置是 1的黑色，白色板位置相應的陣列是 0，將對應權(quán)值存放于 a0[ ], a1[ ],a2[ ]中，權(quán)值分計算出黑線位置，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，就認為這次的位置是個突變不可信，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，以便控制舵機打角和控制電機速度。 具體賽道處理流程圖如圖 52： 沈敬紅：基于單片機的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計 22 圖 5 2 賽道處理流程圖 舵機控制策略 舵機控制的目標是對于不同曲率半徑的賽道舵機打角分配合適且打角及時 .我們采用模糊自適應控制，自適應模糊控制具有調(diào)節(jié)響應快的優(yōu)點，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為舵機應轉(zhuǎn)的角度， pwm為車輪擺正時舵機 PWM脈寬應賦的 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)下應轉(zhuǎn)的角度。具體舵機控制流程圖如圖 53： 激光管分時發(fā)射 單片機權(quán)值計算 單片機接收數(shù)據(jù) 接收管接收完成 開始 結(jié)束 否 是 銅陵學院畢業(yè)設(shè)計 23 圖 5 3 舵機控制流程圖 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，僅僅在這兩個邊界值上進行切換，其作用相當于繼電器，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，特別是對于給定的上升，下降和最大的干擾，效果更顯著。 在動態(tài)的質(zhì)量不僅體現(xiàn)在這一過渡時間短， 還 有一些超調(diào)量等指標 上也有不小的 改進。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 P 控制 數(shù)據(jù)采集處理結(jié)束 舵機打角 結(jié)束 是 否 沈敬紅：基于單片機的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計 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 通過定時中斷采集編碼器的脈沖值，送給單片機，單片機與設(shè)定值相比較后，進行 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 電機速度 銅陵學院畢業(yè)設(shè)計 25 起跑線檢測 對于起跑線的檢測，我們采用紅外對管單獨進行檢測。這樣檢測的成功率比單獨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、舵機轉(zhuǎn)向控制和速度控制的幾個主要地方做了細致的分析與介紹。 開始 紅外管檢測黑線 =4 起跑線標志位 +1 停車 起跑線標志位 =2 結(jié)束 否 否 是 是 沈敬紅：基于單片機的智能車系統(tǒng)自動路徑識別設(shè)計 26 參考文獻 [1] 高衛(wèi)東，辛友順，韓彥征． 51單片機原理與實踐 [M] ．北京航空航天大學出版社 , [2] 劉同法，陳忠平．單片機基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實踐 [M] ．北京航空航天大學出版社 , [3] 張景璐，于京，馬澤民． 51單片機項目教程 [M] ．人民郵電出版社 , [4] 黃智偉．全國大學生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計 [M] ．北京航空航天大學出版社 , [5] 譚浩強． C 語言程序設(shè)計 [M] ．清華大學出版社 , [6] 李 廣弟，朱月秀，冷祖祁．單片機基礎(chǔ) [M] ．北京航空航天大學出版社 , [7] 張毅剛，彭喜元，董繼成． 2021單片機原理及應用．北京：高等教育出版社 [8] 譚浩強． C 程序設(shè)計（第三版）．北京：清華大學出版社 [9] 康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第四版）．高等教育出版社 [10]余永泉． ATMEL89系列單片機應用技術(shù) [M] ．北京：北京航空航天大學出版社 [11]周潤景，張麗娜，劉印群． PROTEUS 入門實用教程．機械工業(yè)出版社 [12]徐惠民．單片微型計算機原理、接口及應用（第 2版）．北 京：北京郵電大學出版社 [13]Chang,WD． online PID concroller design via asingle autotuning neuron． 2021 [14]Piazzl,Aurelio． A non causal approach for PID control． 2021 銅陵學院畢