【正文】 ,3,4,5,6}其模糊子集為：E,EC={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB} 上式子集中元素分別代表負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。 模糊PID控制結(jié)構(gòu)圖①輸入輸出變量的確定及模糊化 模糊控制器的輸入變量為速度的偏差e及其偏差變化率ec，輸出變量為PID控制校正參數(shù)ΔKp、ΔKi、ΔKd。 ，模糊控制系統(tǒng)是設計員利用自然語言表達出來的規(guī)則，更加的人性化，此算法更接近于人的的思維方法和推理習慣，因此，便于現(xiàn)場操作人員的理解和使用，便于人機對話，以得到更有效的控制規(guī)律。 2. 對于一些實際系統(tǒng)，需要系統(tǒng)建立一些數(shù)學模型，而模糊控制算法則不需要根據(jù)機理與分析建立數(shù)學模型，從而簡化了處理的復雜度。 ②模糊控制介紹 模糊控制實質(zhì)上是一種人性化的控制策略，其要求用計算機去按照操作人員的思想來控制小車的運行，這樣可以很好的避開了對復雜的數(shù)學模型的處理，而是著力于對操作員想要的控制問題進行研究，使控制問題能夠跟好的實現(xiàn)，使成功的幾率更方便，總結(jié)出知識，從中提煉出控制規(guī)則，實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的控制。PID控制有位置式控制和增量式控制，方程如下： (41) (42) 利用PID控制器步驟如下： (1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。對于十字交叉道路，可以按是直道處理，避免橫線的干擾。 在對驅(qū)動電機和舵機控制之前，需要利用道路檢測信息來制定各種路況下的控制策略，道路路況不外乎4種。 H橋內(nèi)部電路。 電源模塊 H橋電機的驅(qū)動本系統(tǒng)的直流電機的驅(qū)動電路采用H型PWM電路，用STM32處理器來控制驅(qū)動電路，使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，從而實現(xiàn)對電動機的轉(zhuǎn)速的精確調(diào)整。內(nèi)涵兩個H的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，能夠?qū)崿F(xiàn)對直流電動機和步進電機和步進電機的驅(qū)動，繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制：具有兩個智能控制端，在輸入信號合理的情況下允許或者禁止期間工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分工作在低電壓下模式下；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路，使用L298芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或者四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。該芯片采用15腳封裝。L298作為小車電機驅(qū)動芯片，驅(qū)動能力很強，廣泛被智能小車控制作用，硬件簡單，操作性極強，而且價格也適合，非常適合初學者來應用，在該課題中，小車的驅(qū)動主要依靠該模塊來實現(xiàn)，攝像頭采集的信息通過CPU的處理，從而調(diào)節(jié)小車的運行情況，是該課題的主要模塊。 方案框圖 電路設計與原理 直流電機應用L298為雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片，內(nèi)含4信道邏輯驅(qū)動電路，接收標準TTL邏輯信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進電機，且可直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。并在此基礎(chǔ)上選擇了最佳的硬件電路和器件，后面將分成各個模塊加以介紹。3 智能車系統(tǒng)硬件設計 智能車系統(tǒng)硬件設計總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是利用了市面上很流行的處理器STM32作為本系統(tǒng)的主要控制模塊，我們采用了CMOS攝像頭作為識別路面信息的傳感器，通過控制器STM32對攝像頭采集過來的信息進行分析和判別，才實現(xiàn)對智能小車直流電機的控制從而達到實現(xiàn)自動循跡的目的。但是面陣CMOS攝像頭的延時比較大（20ms），因此對信息的采集和處理有一定的約束。這樣不僅可以識別道路的中心位置，同時還可以得到跑道的方向，跑道的曲率等信息。 CMOS攝像頭小車方案三：基于面陣CMOS傳感器的控制基于黑白面陣CMOS攝像頭傳感器的路徑檢測方法具有以上兩種方案的所有優(yōu)點，同時面陣CMOS攝像頭輸出的復合視頻信號，采集到的信息將是前方整個一副圖像。這樣不僅能夠克服傳統(tǒng)光電傳感器的缺點，又能夠精確的感知黑色引導線的位置，為智能車的穩(wěn)定運行提供保障。而且這樣還可以提高轉(zhuǎn)彎的最高速度。為了獲得遠方的信息需要將傳感器伸的盡可能遠，從而增加了車體高速行駛時的轉(zhuǎn)動慣量，限制了智能車的最高速度?；诜瓷涫郊t外傳感器的光電傳感器陣列的路徑檢測方法具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，信息更新速度快且易于單片機處理。這樣就能夠在一定程度上避免由外部光線引起的路線識別不正確的問題。[3]，；，放置在向外伸出的小電路板上，探測的范圍比較小。但一般的認識是：在不受外部因素影響的情況下、能夠感知前方的距離越遠，行駛的效率越高。用于提供小車行駛的動力，速度快，靈敏度高，使之滿足題目要求。我們選擇直流電機，利用L298集成芯片組成驅(qū)動電路可產(chǎn)生PWM脈沖。步進電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的器件，其精度高，效率高，可靠性高，另外，步進電機只有周期誤差而無積累誤差，可以精確的控制轉(zhuǎn)動的角度和位移。缺點：不易于精確調(diào)節(jié)和準確定位。 電機選擇與驅(qū)動模塊的介紹方案一，使用直流電機。另外小車車體中加載9V可充電電池（環(huán)保且可持續(xù)利用），分別給小車驅(qū)動和M3處理器等模塊供電。功耗和靈敏度明顯優(yōu)于方案二。方案三，使用圓形車體。小車功耗較低，運動靈活，車速較快。缺點：功耗大，靈敏度低。 車身車體的介紹方案一，使用坦克式小車。ARM雖然在性能上優(yōu)于另外兩個方案，但其價格高。但小車實時處理要求高，處理速度應盡量快。方案三，采用ARM7，ARM7底層驅(qū)動很復雜，平時用的也不是很多。這款單片機采用了TailChaining中斷技術(shù)，完全基于硬件進行中斷處理，最多可減少12個時鐘周期數(shù)，在實際應用中可減少70%中斷。51單片機價格便宜，應用廣泛，但是功能單一，但其運算速度低，RAM、ROM空間小，如果系統(tǒng)需要增加語音播報功能，還需外接語音芯片，實現(xiàn)較為復雜；另外51 單片機需要仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為煩瑣。P為幀消隱區(qū)，A為有效數(shù)據(jù)區(qū)，Q為行消隱區(qū)。像素時鐘與主時鐘同頻，在一幀圖像開始輸出時幀有效信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，一幀輸出結(jié)束時由高電平變?yōu)榈碗娖剑欢杏行盘杽t在一行數(shù)據(jù)輸出有效時由低電平變?yōu)楦唠娖?，一行?shù)據(jù)輸出完成后由高電平變?yōu)榈碗娖健?. VarioPixel子采樣方式。3. 該芯片具有標準的SCCB接口，并且兼容IC接口。 OV7670的功能1. 高靈敏度特性適合低照度的應用場合。該模塊具有體積小、工作電壓低等特點，可以實現(xiàn)對單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能；通過SCCB控制總線控制，可以實現(xiàn)輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率的8位影像數(shù)據(jù)；同時最高的數(shù)據(jù)幀可達30FPs,這樣用戶可以完全控制圖像的質(zhì)量，數(shù)據(jù)的格式和傳輸?shù)姆绞?，所有的圖像處理功能伽馬曲線，白平衡，飽和度，色度等，都可以通過對I2C總線的控制以SCCB方式進行配置，另外感光陣列是640x480的，可以很好的輸出（4:2:2）的格式數(shù)據(jù)。（4）光敏單元的不均勻性光敏單元的不均勻性是CMOS圖像傳感器的弱項，因為它的光敏單元不像CCD那樣嚴格的在同一硅片上用同樣的制造工藝嚴格制造，因此遠不如CCD的光敏單元的一致性好，但是它內(nèi)部集成單元多，處理能力強能夠彌補這個缺陷。也是CCD傳感器所無法辦到的。（2）輸出特性CMOS圖像傳感器的突出優(yōu)點在于輸出特性，它可以部分輸出任意區(qū)域范圍內(nèi)的圖像。因此也必須采用非線性的處理方法和自動調(diào)整曝光時間與自動增益等處理方法。如采用超導技術(shù)則可使單機功率比普通電機提高十幾倍以上。 要提高單極直流電機電壓，就必須提高氣隙磁通密度和轉(zhuǎn)速。因此電刷的接觸損耗和發(fā)熱相當大，磨損也快。單極直流電機電壓低，電流大。當轉(zhuǎn)軸帶動圓筒形銅質(zhì)電樞旋轉(zhuǎn)時，樞軸向兩端即感生電動勢，其方向是固定不變的。 圖[單極直流電機原理示意]示一臺圓筒形電樞單極直流電機的原理結(jié)構(gòu)。是一種電樞導電部分始終工作于單一極性磁場中的直流電機。直流電機的分類：按結(jié)果主要分為直流電動機和直流發(fā)電機 按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機，勵磁方式的直流電機是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。為了調(diào)試的方便還要有人機交互模塊。另外，要實現(xiàn)對該智能小車的控制達到閉環(huán)控制的效果，要有對該智能小車的速度有一定的控制，這就需要測速模塊來提供一個速度反饋回來的信息給處理器STM32。要達到一定的實時性，首先控制器的處理速度要快，只有控制器的處理速度達到一定的速度了，才能相應的使小車的行駛速度快，實現(xiàn)一個穩(wěn)定的實時系統(tǒng)。[2]為了實現(xiàn)上述對智能車的控制，智能車必須具備以下主要功能模塊：一般的智能車要必備如下功能模塊才能達到對智能小車控制的目的和效果，使小車穩(wěn)定的行駛。另外，在軟件設計中，本課題采用實時采集路況信息方法和實時控制智能小車的速度，最終達到實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，使小車可以自主的按照路面信息快速行駛。同時也作為識別道路狀況的標志、該論文的整體智能車可以看作是一個自動控制的系統(tǒng)。本文所研究的智能車是一個比較好的智能模型，通過攝像頭循跡來獲得路面的信息，通過處理后從而來引導小車的運行，達到一定的智能化。[1]現(xiàn)在的智能控制在很多工廠和車間都有很大的應用舞臺；人性化，智能化是下一代智能控制的研究方向，目前，我國的研究廣度和深度還是不夠大，在很多領(lǐng)域幾乎是零，需要我們進一步的加深對智能控制的研究，比如汽車電子控制，航天控制，輪船控制等等，在芯片性能上，國內(nèi)的研究和開發(fā)也是欠缺的，芯片的穩(wěn)定性在很大程度上限制了很多領(lǐng)域的進展，大多都是被國外壟斷，這些都是需要我們來面對和改進的地方，也正是發(fā)展的重點。然而這種智能化原型車研發(fā)，其整個過程得益于一些交叉學科的相關(guān)領(lǐng)域知識，如機器人技術(shù)、人工智能、自動控制、電子通訊、信號處理技術(shù)等，從中得到許多新觀點，新方法。
[關(guān)鍵詞]智能車；圖像處理；比例積分微分[Abstract]Now more and more like safety, energy conservation, environmental protection, intelligence and information of vehicles in the new era of smart cars, unmanned technology, has been flying over the development, became the new logo of the smart car era. The smart car has gradually increased the level of control and the standard of driving of the vehicle, but also to protect the safe and smooth traffic, efficient performance. The art