【正文】 開始 紅外管檢測(cè)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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M] ．北京航空航天大學(xué)出版社 , [5] 譚浩強(qiáng)． C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) [M] ．清華大學(xué)出版社 , [6] 李 廣弟，朱月秀，冷祖祁．單片機(jī)基礎(chǔ) [M] ．北京航空航天大學(xué)出版社 , [7] 張毅剛，彭喜元，董繼成． 2021單片機(jī)原理及應(yīng)用．北京：高等教育出版社 [8] 譚浩強(qiáng)． C 程序設(shè)計(jì)（第三版）．北京：清華大學(xué)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(jī)應(yīng)用技術(shù) [M] ．北京：北京航空航天大學(xué)出版社 [11]周潤(rùn)景，張麗娜，劉印群． PROTEUS 入門實(shí)用教程．機(jī)械工業(yè)出版社 [12]徐惠民．單片微型計(jì)算機(jī)原理、接口及應(yīng)用（第 2版）．北 京：北京郵電大學(xué)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(xué)院畢。這樣檢測(cè)的成功率比單獨(dú)通過激光管檢測(cè)要高的多。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。 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)。 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。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。 pwm_ctrl=pwm (signed int) sensor_sum *kp。 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。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(zhǎng)直道，比如有 30次 sensor_sum =4，則可以判斷目前的賽道是長(zhǎng)直道，可以控制電機(jī)加速。n==0)： sensor_sum=(signed int)( ∑Led[i]*a2[i]/black_num)。 白面 (m==0amp。 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。m==0) { ++n。 } if((Led[15]==1||Led[14]==1||Led[13]==1||Led[12]==1||Led[11])amp。amp。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(jiǎn)單方便。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。 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(cè)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。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。 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。 /*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。 /*初始化占空比為 0*/ PWME_PWME3 = 1。 PWMPER45 = 120。 PWMPER23 = 120。 PWMCTL_CON23=1。 PWMCAE_CAE3 = 0。 /*128 分頻 */ PWMPOL_PPOL3 = 1。 PWMCLK_PCLK5 =0。 PWME_PWME5 =0。 PWME_PWME1 =1。 /*選 PWM1 為 16位 */ PWMPER01=20210。=0XFC。 /*CLOCKA=BUS /(2 *3)=4000000*/ PWMPOL |=0X03。 /*BUS /1*/ PWMCLK |=0X02。 /*Disable PWM1*/ PWMPRCLK amp。 舵機(jī)控制 — PWM01 初始化 PWMEamp。 PITINTE_PINTE0=1。 PITMTLD0=23。 PITCE_PCE0=1。 SCI0CR2=0X2C。 /*PLL Clock Enable*/ 串口初始化 SCI0BD=0x9c。 while (!(CRGFLG amp。 表 5 1智能車所用到的芯片資源 模塊 引腳 功能 ECT PT7 檢測(cè)一定時(shí)間編碼器的脈沖個(gè)數(shù) PWM PWM01 控制舵機(jī) PWM23 PWM45 控制電機(jī) I/O 口 PM0PM3 撥碼開關(guān)輸入 PA0PA3 控制激光管分時(shí)發(fā)光 PB0PB7 激光接收管輸入信號(hào) AD 口 PT1AD00PT1AD04 紅外信號(hào)輸入端 主程序流程 在主程序中，首先對(duì)各模塊進(jìn) 行初始化，初始化結(jié)束后進(jìn)入循環(huán)，判斷傳感器采集信息是否結(jié)束，如果結(jié)束則進(jìn)行接下來的舵機(jī)打角和電機(jī)速度控制，每一次循環(huán)都進(jìn)行一次舵機(jī)打角控制，以保證舵機(jī)轉(zhuǎn)彎的實(shí)時(shí)性，由于速度反饋采用的是 500線光電編碼器，采集速度周期較長(zhǎng)，所以可以程序循環(huán)幾次調(diào)整一次速度，具體次數(shù)可以根據(jù)智能車的具體運(yùn)行效果設(shè)定，具體的程序流程圖如圖： 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) 18 圖 5 1 系統(tǒng)初始化流程圖 各模塊初始化 時(shí)鐘模塊初始化 REFDV=0x01。該論文詳細(xì)介紹了智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及模型車的控制算法設(shè)計(jì)等。要求穩(wěn)定行駛且保持較高速度。穩(wěn)定 性要求的同時(shí)能保持高速運(yùn)行。 我們 使用的是 rftr1 TTL 無線收發(fā)模塊，它是一個(gè)高度集成的無線傳輸模塊，接收靈敏度低，抗干擾能力強(qiáng)，其編程簡(jiǎn)單，不需要太多配置，在附錄中配有對(duì)應(yīng)的原理圖，在這里給出 pcb 封裝圖。舵機(jī)對(duì)于電壓精度的要求不高，供電電源芯片的選擇主要考慮電流因素，綜合決定選用最大輸出電流為 1000mA 的 LM1117ADJ 對(duì)其供電。 其它模塊主要包括 74ls15 74ls0撥碼開關(guān)，由于功耗較小，固采用一片 LM2940 來統(tǒng)一供電。因此，也用 LM2940 單獨(dú)供電。為了加大最小系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用一塊 LM2940 對(duì)單片機(jī)單獨(dú)供電。 電源管理模塊 圖 4 9 電源管理框圖 各模塊供電情況分析 激光電源，激光受電流影響較大，需要提供穩(wěn)定的電源，由于功耗較小，固采用一片 LM2940 對(duì)其單獨(dú)供電。 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) 14 C30. 1u R35. 1kV C C 5 .0 bG N D編碼器接口1 2 3 4B I A N M4P I N 歐姆龍編碼器 E6A2CW3C 編碼器接口電路圖 圖 4 8 編碼器及接口電路 集電極開路 信號(hào)輸出接口的形式，所以信號(hào)采集增加的上拉電阻，如圖所示的一個(gè)給定的時(shí)間測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)數(shù)可 以計(jì)算輪速。 系統(tǒng)選用的是 E6A2CW3C 增量式光電編碼器。對(duì)智能車的速度閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)好的速度傳感器必要的。 它 采用三線連接：紅色的線，電源線 ；黑色，白色， PWM 控制信號(hào)線。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 4 7 舵機(jī) SD5 表 41 SD5 數(shù)碼舵機(jī)參數(shù) 舵 機(jī) 數(shù)字舵機(jī)，塑膠齒，雙含油軸承 尺寸（ mm） 重量 速度 扭力 速度 扭力 A B C D E g oz Sec/60 Kgcm Ozin Sec/60 Kgcm Oz/in 38 44 5 結(jié)構(gòu)：主要由轉(zhuǎn)向輪，齒輪減速裝置，位置反饋電位計(jì)，直流電機(jī)，控制電路板。 4． 3 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些角度需求不斷轉(zhuǎn)變并可以保持的