【正文】 d、e圖是兩種比較特殊的處理方案，它們不能用于車的全程控制，只是考慮到導航小車車的實際運行特點對某部分的偏移量有特別要求是使用。 圖56 彎道轉(zhuǎn)角處理方式a圖表示偏移量與轉(zhuǎn)向角度呈線性關(guān)系，在計算及程序編寫上都比較簡單，也可以實現(xiàn)控制小車行駛的目標，但是由于規(guī)則制定比較簡單，對小車實際行駛狀態(tài)的分析不夠全面，所以在實際應用時不能簡單套用。簡單而言，采取入彎減速，出彎加速的方案，這樣理論上可以減少過彎時耗費的時間。轉(zhuǎn)向角度決定了車輛過彎的穩(wěn)定性。在車輛進彎時，需要對三個參數(shù)進行設(shè)定：切彎路徑、轉(zhuǎn)向角度、入彎速度。舵機函數(shù)的流程圖如65所示： 圖55 舵機函數(shù)的流程圖速度的控制對導航小車來說是比較重要的。由前面得到的道路狀態(tài)信息，而增加相應權(quán)值不一樣的擺動角度。經(jīng)整理后得： ∴ 由于計算出的控制量有可能溢出，或小于零，因此必須指定控制量的上下限，即。綜合可得相應的差分方程,其中， u(k)為第 k個采樣時刻的控制量。微分作用可以加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)整時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。理想的PID控制器對偏差階躍變化的響應如圖64所示，它在偏差變化的瞬間處有一個沖激式的瞬態(tài)響應，這就是由微分環(huán)節(jié)引起的。（3）比例積分微分控制器積分調(diào)節(jié)作用的加入，雖然可以消除靜差，但其代價是降低系統(tǒng)的響應速度。因此，加入積分環(huán)節(jié)將有助于消除系統(tǒng)的靜差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。（2）比例積分控制器為了消除在比例控制中存在的靜差，可在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用，構(gòu)成比例積分PI控制器，其控制規(guī)律為 公式52式中，Ti稱為積分時間。下圖所示是比例控制器對單位階躍輸入的階躍響應。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。(2)積分環(huán)節(jié)，主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。橫向偏差E的取值范圍為[一5cm，5cm]。 //驅(qū)動電機 enable第五章 運動控制策略為得到理想的穩(wěn)態(tài)控制效果，需要采用PID控制來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 // 位極性＝1 Duty＝High TimePWMCAE = 0x00 。 // SB=B/2/1 =2000kPWMCLK = 0b00011100。 // 1 enable 33886 motor, 0 disable itPWME = 0x00 。 //PWMDTY1 = 0x00。 // 對齊方式－左對齊PWMPER0 = 0x9c。 // PWM0,1A。 // PWM01 合并 bitPWMPRCLK = 0x33。有2 種方案，一種是除法取余，另一種是移位操作，前者編譯生成的代碼比后者要多，所以采用移位操作來實現(xiàn)，即取高位時與0xFF00 先作“amp。（6） 其他初始化在這一部分中進行初始化的有：33886電機驅(qū)動芯片加使能信號，電機開始輸出。時鐘選用了單次分頻以后的CLOCK A其周期具體分頻值以及計算公式如下：CLOCK=BUS CLOCK/PRESCALAR=24MHZ/4=6MHZ周期為：PERRIOD=1/CLOCKA*DUTY=1/6000000*3000000=5ms（5） 復位，中斷以及堆棧初始化除了上電復位以外，還要設(shè)置由三個通道的輸入捕捉而產(chǎn)生的三個中斷源的中斷向量。獲取采樣數(shù)據(jù)是使用查詢方式，因為在程序的后續(xù)階段會立即使用這一數(shù)據(jù)，所以不必為之設(shè)定中斷。=0xbf。//（pllon）設(shè)為1；開PLL//通過判斷CRGFLG寄存器的LOCK位，確定PLL是否穩(wěn)定While((CRGFLGamp。=0Xbf。//CLKSEL的第7位置0，選擇系統(tǒng)時鐘 源為OSCCLK//在PLL程序執(zhí)行之前，內(nèi)部總線頻率=OSCCLK/2////=0時，Bus Clock=OSCCLK/2。同時帶來的好處時，我可以在調(diào)試的過程中從存儲空間的固定位置看到我想要觀察的數(shù)據(jù)。這樣不僅便于編程，同樣在調(diào)試，查錯以及對算法進行改進。而且在計算時就充分考慮到了后期的分析，識別處理，從而在攝像頭處理部分有非常簡單但是高效的代碼。在直道時，我們以較為靠前的數(shù)據(jù)來控制轉(zhuǎn)向，從而從根本上預防了在直線時的左右擺動的狀況。要進行的外部控制輸出有：舵機轉(zhuǎn)向輸出以及驅(qū)動電機動力輸出。所以，我們并不需要具體的定義程序代碼以及數(shù)據(jù)區(qū)、堆棧區(qū)在單片機中的存儲方式、以及具體的程序起始地址，這也簡化了開發(fā)過程。在CodeWorrier當中建立好項目以后，這樣，就進一步的簡化了軟件的編寫，而小用過多的糾纏于地址的計算當中，提高開發(fā)的效率。為了提高舵機的響應速度，采用6v電源給舵機供電， 供給舵機，并使用了兩個470uF的鉭電容給它穩(wěn)壓。因此對于相同的角速度ω，可得轉(zhuǎn)臂響應時間t1t2。電路圖如322所示。用修改定時器中斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號，調(diào)整時間段的寬度便可使伺服機靈活運動。單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號，本設(shè)計是產(chǎn)生20ms的周期信號；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調(diào)整占空比。舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。其工作原理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。舵機的控制信號為脈寬調(diào)制（PWM）信號，相對應舵盤的位置為0到80度，呈線性變化。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而達到目標停止。555斯密特觸發(fā)器電路的閾值電壓為VCC/3和VCC*2/3。OUTOUT2輸出電機調(diào)速信號。驅(qū)動芯片MC33886內(nèi)部具有短路保護、欠壓保護、過溫保護等功能，由于頻繁加速減速，長時間工作時MC33886芯片發(fā)熱厲害，嚴重時甚至會出現(xiàn)過溫保護，產(chǎn)生中斷信號。當SS4導通且SS3截止時。用兩片的原因：由于一片33886的額定輸出流為5A，而且此芯片比較發(fā)熱。（3）電機加速與減速限制，避免對于工作電源的影響；圖316 MC33886的使用曲線(3)驅(qū)動電路采用飛思卡爾公司的電機驅(qū)動芯片MC33886。集成電路能夠在表面安裝帶散熱裝置的電源組件. 其特性為：工作電壓：540V, 導通電阻：120 毫歐姆輸入信號：TTL/CMOS ,PWM 頻率： 10KHz由于芯片內(nèi)集成了兩個半橋，為了增大驅(qū)動能力，所以把兩個橋并聯(lián)使用，并通過芯片資料上給芯片散熱的方法，安裝了適量的散熱片。 一個故障狀態(tài)輸出可以報告欠壓,短路,過熱的情況. 兩路獨立輸入控制兩個半橋的推拉輸出電路的輸出. 兩個無效輸入使H橋產(chǎn)生三態(tài)輸出(呈現(xiàn)高阻抗) . MC33886制定的參數(shù)范圍是40176。 電機的特性圖310 電機的特性數(shù)據(jù)圖311 電機的特性曲線 電機驅(qū)動模塊的選擇選用Freescale公司的MC33886全橋驅(qū)動芯片，通過兩路半橋?qū)崿F(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。(2)調(diào)速范圍寬，高精度，機械特性及調(diào)節(jié)特性線性好，且運行速度平穩(wěn)。 圖像采集系統(tǒng)本系統(tǒng)使用圖像傳感器與單片機之間的數(shù)據(jù)連接，使圖像傳感器自動地將圖像數(shù)據(jù)寫入MCU圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖39所示。為保證OV7620 采集的數(shù)據(jù)同步寫入SRAM中，用CPLD宏單元設(shè)計了2個地址計數(shù)器:低位計數(shù)器ADDRL和高位記數(shù)器ADDRH。每一個幀同步信號SYNC 周期包含480 個水平同步信號HREF脈沖，而每一個HREF周期包含640個PCLK時鐘脈沖。這種功能從硬件上屏蔽了圖像中不需要的部分，只保留用戶需要的部分圖像，大大減少了圖像的數(shù)據(jù)量，提高了系統(tǒng)的效率。 1/2）= 10 （個）由計算可知，在最高采集頻率，8位AD的情況下，只能采集到300以上個像素中的10個，橫向上的分辨率十分低，不足以滿足識別路徑的要求。另外，較之前兩種算法，跟蹤邊緣檢測算法的時間復雜度更低，因此效率更高。跟蹤邊緣檢測正是利用了這一特性，對直接邊緣檢測進行了簡化。于上升沿、下降沿的檢測，可以通過上上次采樣數(shù)與這次采樣數(shù)的差值的絕對值是否大于一個閾值來判斷，如果“是”且差值為負，則為上升沿；如果“是”且差值為正，則為下降沿。二值化算法二值化算法的思路是：設(shè)定一個閾值valve，對于視頻信號矩陣中的每一行，從左至右比較各像素值和閾值的大小，若像素值大于或等于閾值，則判定該像素對應的是白色賽道；反之，則判定對應的是黑色的目標引導線。常用的攝像頭視頻輸出信號是PAL電視機制式，它的工作原理與電視機的工作原理相似：在一定分辨率下，每秒掃描25幀圖像，每幀圖像含有625行信息，分為奇、偶場，進行個隔行掃描，總共每秒50場信號，從奇數(shù)行開始掃描，即依次掃描第9……，當掃描完奇數(shù)場后，再開始掃描偶數(shù)場，構(gòu)成一幀圖像。光線經(jīng)物體發(fā)射，通過鏡頭聚焦，焦點恰好在傳感器芯片的感光元件上，從而轉(zhuǎn)換成電信號。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓, 通常將比較器的負端接基準電壓(1. 23V) ,正端接分壓電阻網(wǎng)絡, 這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值,其中R1 = 1kΩ(可調(diào) ADJ 時開路) ,R2 分別為1. 7kΩ(3. 3V) 、3. 1kΩ(5V) 、8. 84kΩ(12V) 、11. 3kΩ(15V) 和0( ADJ)。11 需外部元件: 僅四個(不可調(diào)) 或六個(可調(diào)) 。7 控制方式: PWM。3 輸出電壓: 3. 3V、5V、12V、15V和ADJ (可調(diào))等可選。其中，；最大輸出電流3A；具有熱關(guān)閉和限流保護功能。在低有效的RST 信號撤出后，MCU將保持在復位狀態(tài)至少12個時鐘周期，從外部復位狀態(tài)退出后 PINRSF 標志 （） 被置位。如下圖34所示：圖34 時鐘電路2 、外部復位電路所謂復位，就是讓微處理器進入一個初始化程序，使CPU恢復初始狀態(tài)。 圖32 MC9S12DG128B單片機下面是MCS12DG128的結(jié)構(gòu)圖以及其引腳分配圖。這是時鐘發(fā)生器中的重要電路。MC9S12DG128的脈寬調(diào)制模塊（PWM）可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時鐘選擇頻率寬。MC9S12DG128有可復用的地址數(shù)據(jù)總線。（3）堆棧指針SP是16位寄存器。CPU12的累加器A和B是8位的，也可以組成16位累加器。CPU外部總線頻率為8MHz，內(nèi)部運算速度可達25MHz。多達64個IO（通過IO復用方式）足夠用于狀態(tài)顯示及參數(shù)設(shè)置。它的指令處理時鐘可以達到38MHz，其A/D轉(zhuǎn)換器的工作時鐘可以達到16MHz，用于采集視頻。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。硬件模塊圖如31所示。在彎道行駛中存在最佳入彎速度，彎道行駛速度以及彎道行駛路線。因此，其運動控制策略也基于此方案。方案比較：霍爾傳感器測速結(jié)構(gòu)簡單，車輪旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)量有限，不利于速度的實時控制；編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)很多，測速精確，但是價錢昂貴?；魻栭_關(guān)固定在小磁鋼附近，當旋轉(zhuǎn)體以角速度M旋轉(zhuǎn)時，每當一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)便輸出一個脈沖，計算出單位時間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的速度。但市場上測速發(fā)電機應用于低壓市場的比較少，而且都比較重，不適用于模型車，并且要將側(cè)速發(fā)電機安裝到電動車上需要對電動車模型進行較大改動，由于其質(zhì)量較重，可能會嚴重影響電動車的機動性能， 除非自制。常用的測速方案有以下幾種：方案一： 光電測速傳感器 圖22 光電測速傳感器原理是傳感器開孔圓盤的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸相連接，光源的光通過開孔盤的孔和縫隙反射到光敏元件上，開孔盤隨旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)一周，光敏元件上照到光的次數(shù)等于盤上的開孔數(shù)，從而測出旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)速度。本系統(tǒng)選用北京青云電子科技發(fā)展有限公司開發(fā)的NHC_34彩色液晶顯示控制模塊。但是由于它工作電流較大、不能顯示漢字，顯示的信息量有限，若在此題目中應用就會受到很大的限制。MC33886芯片功能強大，電路簡單，其主要缺點是發(fā)熱量大。開關(guān)的速度快，穩(wěn)定性也高。最好是采用硬件配合軟件的方法，因為畢竟采用軟件來調(diào)節(jié)是比較精確和方便的。選用Mabuchi公司生產(chǎn)的RS380SH直流電機作為主驅(qū)動電機，通過PWM信號控制。(3)電源及耗電量CCD電荷耦合器大部分需要三組電源供電，耗電量高，一般需要12V以上供電電壓。2 .CCD和CMOS光電傳感器優(yōu)缺點比較(1) 光電轉(zhuǎn)換CMOS和CCD使用相同的感光元件，具有相同的靈敏度和光譜特性，但光電轉(zhuǎn)換后的讀取信號方式不同。電荷讀出時,在一定相位關(guān)系的移位脈沖作用下,從一個位置移動到下一個位置,直到移出CCD ,經(jīng)過電荷 電壓變換,轉(zhuǎn)換為模擬信號。 路徑識別模塊CCD利用光電效應制作的半導體器件，起步早，技術(shù)已相當成熟，在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應用。8路捕捉/比較通道獲取作為速度傳感器的編碼器脈沖信號。CPU12的累加器A和B是8位的，也可以組成16位累加器。CPU外部總線頻率為8MHz，內(nèi)部運算速度可達25MHz。 5）實用性好:體積小,功耗低,價格便宜,易于產(chǎn)品化。系統(tǒng)軟件(如:程序指令,常數(shù),表格)固化在ROM中,不易受病毒破壞。方案一:采用MCS51系列單片機作為處理器該單片機的主要特點如下所述：1）片內(nèi)存儲容量較小:原因是受集成度的限制。圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖功能：通過CMOS圖像傳感器獲得路面引導線圖像信息，利用高速單片機進行圖像降噪處理及路徑識別。在移動機器人視覺導航應用中，需要機器人具有迅速的反應能力，因而實時性是主要的性能指標。如果特征選取不當，由于目標或攝像機的運動，選取的特征也會隨著時間發(fā)生變化。視覺導航的一個基本問題就是找到空間的目標點與成像點之間的對應關(guān)系，而這是由攝像機的成像模型決定的，因而需要進行攝像機標定。由移動機器人導航的特點和機器視覺處理的特殊性，我認為移動機器人導航視覺系統(tǒng)要達到以下技術(shù)要求: