【正文】 轉(zhuǎn)角，小車處于彎道的曲率越大，則將舵機的轉(zhuǎn)角擺的越大。然后，根據(jù)小車的位置再相應(yīng)的調(diào)整舵機。 由于小車前面有一排光電管，當小車處于直道時，最中間的光電管檢測到信號，當處于不同曲率的彎道時，上排兩側(cè)不同的光電管將檢測到信號。因為 小車處于彎道和直道的轉(zhuǎn)向模型不同，統(tǒng)一的比例帶過大會導(dǎo)致小車振蕩，過小導(dǎo)致最大控制量偏小，小車轉(zhuǎn)向不足，過彎時沖出賽道。 } } 轉(zhuǎn)角的控制 對于舵機的控制，我們采用開環(huán)控制，由于舵機的控制精度高，一個 PWM占空比對應(yīng)一個角度，因此開環(huán)控制的效果較好。sum90) isstart++。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ２０ if(sum200amp。i14。 flag=1。 TC1=TCNT+4000。amp。 程序段如下： void CheckStart(void){ int i,sum=0,backnum=0。就可以確定該光電管下面的黑線比例最大，然后找到它旁邊的兩個光電管。由于各環(huán)境下光電管的值不一樣，為了解決這個問題，先要對光電管進行標定，找到它對黑線的敏感程 度，將這個過程的每個光電管的最大值最小值保存下來，用最大值減去最小值得到每個傳感器在賽道上的輸出范圍。為實現(xiàn)上述控制思想，我們要盡可能的提高路徑檢測的精度，并采用不同的控制方法來控制小車的轉(zhuǎn)角和速度。即應(yīng)使小車在直道上以最快的速度行駛，在進入彎道的時刻盡快減速，且角度的轉(zhuǎn)向要適合彎道的曲率，確保小車平滑地轉(zhuǎn)彎。在反饋控制系統(tǒng)中，控制器總是通過比較檢測量和給定量來計算控制量，因此，檢測環(huán)節(jié)對整 個控制系統(tǒng)的 質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。本系統(tǒng)程序代碼使用 C 語言編寫。在模糊控制中，存在著一個模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問題。舵機的控制采用開環(huán)控制，驅(qū)動電機采用模糊算法閉環(huán)控制。 （ 2）實時路徑檢測模塊：前排光電傳感器檢測黑線，將返回信號輸入單片機的輸入端口，程序不間斷地讀入輸入端口的信號，通過判斷語句，得出合適的 PWM信號控制舵機轉(zhuǎn)向。 圖 212 轉(zhuǎn)向伺服電機控制電路 VCC PWM SERVO OUTPUT 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 １６ (b) 圖 213 電機驅(qū)動電路圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 １７ 3 智能車軟件設(shè)計 本程序設(shè)計由以下幾個模塊組成：單片機初始化模塊，實時路徑檢測模塊，舵機控制模塊，驅(qū)動電機控制模 塊，中斷速度采集模塊，速度模糊控制模塊。 MC33886 的輸出端口 OUT1 和 OUT2 分別接驅(qū)動電機的兩端。 其硬件電路如圖 213所示。 但考慮到采用全橋時，均流問題 可能引起 2 片 MC33886 不同時工作，所以我們采用半橋驅(qū)動。通過 MC9S12DG128 輸出的 PWM 信號來控制直流驅(qū)動電機。本系統(tǒng)采用 PWM2 和 PWM3 合并當作 PWM23 給舵機作控制信號輸入口，同時為保證整個小車的重心在小車的中心線上，將舵機安裝在前輪靠后的部位，使得整個小車行駛時更加平穩(wěn)可靠。舵機的工作電壓為 ，輸入為 PWM 信號，相應(yīng)輸出一定轉(zhuǎn)角。 實驗證明：舵機的開環(huán)轉(zhuǎn)向力矩足夠，可以滿足給定 PWM 信號與角度 的一一對應(yīng)，控制電路簡單且能滿足控制要求。 如圖 211 所示。考慮到實際舵機的轉(zhuǎn)向角與所給 PWM 信號的占空比基本成線性關(guān)系，所以舵機的控制方案采用查表法。小車轉(zhuǎn)向角的控制通過輸入 PWM 信號進行控制。車速的計算公式如公式（ 21）所示： Tdn200v ?? （ 21） ( , , )d n T為 小 車 后 輪 直 徑 為 采 樣 時 間 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器 產(chǎn) 生 脈 沖 數(shù) 為 采 樣 周 期 圖 210 車速檢測硬件電路圖 舵機控制單元 本系統(tǒng)舵機控制單元采用 S3010 型舵機作為智能車方向控制部件。如此則后輪旋轉(zhuǎn)的同時將通過傳動齒輪帶動旋轉(zhuǎn)編碼器一同 旋轉(zhuǎn)。PT0 采用 16位輸入脈沖累加模式對旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖進行累加計數(shù)。旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器的工作電壓為5— 24伏，輸出為一系列脈沖。因為其精度達到車輪每旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生 200個脈沖，不僅硬件電路簡單，而且信號采 集速度快、精度高，滿足模糊控制精度要求。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。如圖 29所示。但是受到硬件電路功率的制約和車身長度的限制，可以通過傳感器對地面角度來增加感知距離，設(shè)置為 45176。 為了讓小車能高速行駛，小車必須具備一定的前瞻性。而且電路不易受到普通光源的干擾，能夠準確的實時檢測。 圖 27 路面信息檢測原理圖 檢測電路采用紅外發(fā)射管和光敏三極管。 通過 AD 對這個電壓的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理，根據(jù) AD 值的情況來判斷黑線的位置，從而實現(xiàn)對小車角度和速 度的控制。由于在黑色和白色上反射系數(shù)不同，黑色區(qū)域大部分光線被吸收，而白色區(qū)域可以反射回大部分光線，所以接收管接收到的反射光強度不同，進而導(dǎo)致接收管的特性曲線發(fā)生變化的程度不同。 同時考慮到穩(wěn)壓芯片 LM2576 的額定輸出電流較小，故采用兩片 LM2576 分別對單片機電路、車速檢測電路、驅(qū)動芯片電路和光電傳感器電路供電 ，保 證系統(tǒng)正常運行，達到了顯著的效果。 圖 26穩(wěn)壓電源電路圖 （ 2）經(jīng)過一個二極管降至 左右后供給轉(zhuǎn)向伺服電機。其主要用于以下三個方面： （ 1）采用穩(wěn)壓管芯片 LM2576 將電源電壓穩(wěn)壓到 5V后，給單片機系統(tǒng)電路、路徑識別的光電傳感器電路、車速檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器電路和驅(qū)動芯片MC33886 電路供電。智能車采用的鋰電池的規(guī)格是 ， 3000mAh，轉(zhuǎn)電源管理單元是本系統(tǒng)硬件設(shè)計中的一個重要組成單元。而鋰電池，由于具有能量高，壽命長，額定電壓高，充放電能力強等優(yōu)勢，又能滿足智能車的應(yīng)用要求，因此被選作智能車的動力電源。目前市場上常見的充電電池有鎳鎘電池 ，鎳氫電池，鋰電池，堿性電池和封閉式鉛酸電池等。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ９ 圖 25 復(fù)位電 路圖 I/O 口分配 本系統(tǒng) I/O口具體分配如下： PTH0—— PTH5， PORTA0—— PORTA6， PORTE3 共 14 位用于小車前面路徑識別的輸入口； PACN10—— 用于車速檢測的輸入口； PORTB0—— PORTB7 用于顯示小車的各種性能參數(shù)； PWM23—— 用于伺服舵機的 PWM 控制信號輸出； PWM01—— 用于驅(qū)動電機的 PWM 控制信號輸出。 圖 24 晶振電路圖 復(fù)位電路 本系統(tǒng)采用了 MC3406復(fù)位芯片對 CPU進行復(fù)位。 圖 23 MC9S12DG128 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ８ 晶振及鎖相環(huán) 芯片外部使用 16MHZ 無源晶振，通過鎖相環(huán)將總線時鐘倍頻到 24MHZ。 圖 22 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 電源管理單元 路徑識別電路 車速檢測 HCS12芯片 舵機控制單元 驅(qū)動電機控制 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ７ 控制芯片 MC9S12DG128 電路設(shè)計 智能車系統(tǒng)所采用的控制芯片是飛思卡爾公司的 16 位的微處理器MC9S12DG128。 （ 5）直流驅(qū)動電機控制單元采用 MC33886電機驅(qū)動 H橋作為電機的驅(qū)動元件。其輸出方式為電平輸出方式 ，通過定時采樣旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的高電平個數(shù)，得出當前小車的速度并反饋給控制回路。 （ 2）路徑識別單元作為系統(tǒng)的重要組成部分，采用紅外線的光電傳感 器作為路徑識別元件。為了兼顧穩(wěn)定和快速，在小車控制的基本原則是位置控制河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ６ 結(jié)合速度控制，盡量提高直道速度，減少行駛時間，同時適當降低彎道速度，使小車能平穩(wěn)的度過彎道。當小車在高速運行的過程中進入彎道，相對于低速的情況，道路的變化擾動更加迅速，小車偏離黑線越嚴重；同時，小車的穩(wěn)定時間也越長。路況變化的越劇烈，擾動的幅值越大，對小車運行時的超調(diào)量也越大。經(jīng)過抽象，賽道可以視為由直道和彎道兩種基本類型所組成。很明顯，我要設(shè)計的小車是要能沿黑線的正常行駛，并在此基礎(chǔ)上，盡量提高小車行駛速度。跑道為黑白兩色。在舵機控制策略上我采用PWM 查表法來對舵機進行控制；而速度我采用 PID 算法來控制，它能讓模型車在行駛過程中更穩(wěn)、更快。 測速模塊：測速方法主要有霍爾集成傳感器、斷續(xù)式光電開關(guān)和編碼器三種方法，考慮到測速精度及成本問題，最后采用編碼器采集速度信息。 路徑檢測模塊：路徑檢測的好壞直接影響你的控制策略和小車是否能穩(wěn)定快速的按照規(guī)定完成賽道。 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 本報告分為五章：第 一章為緒論；第二章主要介紹了智能車硬件電路設(shè)計 包括各個模塊的電路設(shè)計方案以及相關(guān)電路。由組委會提供統(tǒng)一的車模和單片機，要求各參賽隊在不改變車模的底盤結(jié)構(gòu)的前提下，通過選擇適當?shù)臋z測方案和控制算法，使車模能夠在專門設(shè)計的跑道上自主地識別路線行駛，單圈行駛時間最短的賽車獲勝。 飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競賽就是在這樣的背景下應(yīng)運而生的。計算機系統(tǒng)采用 1臺 PentiumIII 工業(yè)控制計算機，完成車輛的傳感信息獲取、周圍環(huán)境感知、圖像處理、導(dǎo)航路徑識別及決策控制。該系統(tǒng)是由吉林大學(xué)智能車輛課題組在國家自然科學(xué)基金、教育部博士基金等資助下研制的。目前 THMR 系列已發(fā)展到 THMRV。 Sun 完成任務(wù)規(guī)劃，根據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫信息進行全局規(guī)劃， l 臺 PC 機完成視覺信息處理，另 1臺 PC 完成局部規(guī)劃、反射控制及系統(tǒng)監(jiān)控，數(shù)臺 8098 完成超聲測量、位置測量、車體方向速度的控制。該車上集成了二維彩色攝像機、磁羅盤光碼盤定位、 GPS、超聲等傳感器。 該系統(tǒng)是由清華大學(xué)計算機系智能技河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ３ 術(shù)與系統(tǒng)國家重點試驗室在國防科工委和國家 863 計劃的資助下研制的。計算機系統(tǒng)采用 2 臺SunlO 完成信息融合、黑板調(diào)度、全局、局部路徑規(guī)劃， 2臺 PC機完成路邊抽取識別和激光信息處理．單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。該系統(tǒng)是由南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制，屬于軍用室外智能車輛，于 1995 年底通過驗收。兩臺PC486主要用于軟件開發(fā)和人機交互、數(shù)據(jù)登錄等。計算機系統(tǒng)由基于 Transputer 的并行處理單元和 2臺 PC486 組成。傳感器系統(tǒng) 包括由 4 個小型彩色 CCD攝像機構(gòu)成的兩組主動式雙目視覺系統(tǒng)、 3 個慣性線性加速度計和角度變化傳感器、測速表及發(fā)動機狀態(tài)測量儀等。該系統(tǒng)由德國聯(lián)邦國防大學(xué)和奔馳汽車公司研制的。目前 NaVLab 系列己發(fā)展到 NaVLab． 11。計算機系統(tǒng)包括 1臺 SparcLx 便攜式工作站和 l臺 HCII 微控制器。 NavLab． V 系統(tǒng)的車體采用 Pontiac 運動跑車。該系統(tǒng)是由美國卡內(nèi)基不斷完善對智能化的車輛控制系統(tǒng)的研究，相當于延伸擴展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進道路交通的安全性，對構(gòu)建智能交通系統(tǒng)有著十分重要的意義。因此，利用各種先進實驗交通技術(shù)構(gòu)建研究平臺是非常必要的。 智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運用了計算機、現(xiàn)代傳感、信息融合、通信、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。在這種背景下， 運用高新技術(shù)，將現(xiàn)有的道路和車輛綜合起來考慮，構(gòu)建智能交通系統(tǒng)來解決交通問題的思想應(yīng)運而生。解決交通問題的直接辦法是提高路網(wǎng)的通行能力。在此基礎(chǔ)上，完成了系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計和 實現(xiàn)。 本系統(tǒng)以 16 位微處理器 MC9S12DG128 為控制核心 ， MC9S12DG128微控制器是 M68HCS12 系列 16 位 單片機 中的一種，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 主要有單片機基本部分和 CAN 功能塊部分組成 。 小車設(shè)計主要