【正文】 tance)10) //pwmdty1=0。如果小車轉(zhuǎn)過的彎過大，則可能使上排光電管全部偏離黑色軌跡，從而沒有一個(gè)光電管檢測(cè)到黑線，這時(shí)本系統(tǒng)將會(huì)把舵機(jī)轉(zhuǎn)至最大角，讓小車急轉(zhuǎn)駛回黑線，同時(shí)，將速度降至最低，防止小車沖出軌跡。小車進(jìn)入彎道時(shí)根據(jù)彎道的曲率來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，小車處于彎道的曲率越大，則將舵機(jī)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(jī)。由于小車前面有一排光電管，當(dāng)小車處于直道時(shí)，最中間的光電管檢測(cè)到信號(hào)，當(dāng)處于不同曲率的彎道時(shí)，上排兩側(cè)不同的光電管將檢測(cè)到信號(hào)。因?yàn)樾≤囂幱趶澋篮椭钡赖霓D(zhuǎn)向模型不同，統(tǒng)一的比例帶過大會(huì)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(shí)沖出賽道。 }} 轉(zhuǎn)角的控制對(duì)于舵機(jī)的控制，我們采用開環(huán)控制，由于舵機(jī)的控制精度高，一個(gè)PWM 占空比對(duì)應(yīng)一個(gè)角度，因此開環(huán)控制的效果較好。sum90) isstart++。 if(sum200amp。i14。 flag=1。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１９ 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(gè)光電管。由于各環(huán)境下光電管的值不一樣，為了解決這個(gè)問題，先要對(duì)光電管進(jìn)行標(biāo)定，找到它對(duì)黑線的敏感程度，將這個(gè)過程的每個(gè)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(gè)傳感器在賽道上的輸出范圍。為實(shí)現(xiàn)上述控制思想，我們要盡可能的提高路徑檢測(cè)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(jìn)入彎道的時(shí)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(cè)量和給定量來計(jì)算控制量，因此，檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)整個(gè)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(yǔ)言編寫。在模糊控制中，存在著一個(gè)模糊量和精確量之間相互轉(zhuǎn)化的問題。舵機(jī)的控制采用開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用模糊算法閉環(huán)控制。（2）實(shí)時(shí)路徑檢測(cè)模塊：前排光電傳感器檢測(cè)黑線，將返回信號(hào)輸入單片機(jī)的輸入端口，程序不間斷地讀入輸入端口的信號(hào)，通過判斷語(yǔ)句，得出合適的PWM信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向。 (b)圖 213 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１６3 智能車軟件設(shè)計(jì)本程序設(shè)計(jì)由以下幾個(gè)模塊組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始化模塊，實(shí)時(shí)路徑檢測(cè)模塊，舵機(jī)控制模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)的兩端。其硬件電路如圖 213 所示。但考慮到采用全橋時(shí)，均流問題可能引起 2 片 MC33886 不同時(shí)工作，所以我們采用VCC PWMSERVOOUTPUT河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１５半橋驅(qū)動(dòng)。通過 MC9S12DG128 輸出的 PWM 信號(hào)來控制直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本系統(tǒng)采用 PWM2 和 PWM3 合并當(dāng)作 PWM23 給舵機(jī)作控制信號(hào)輸入口，同時(shí)為保證整個(gè)小車的重心在小車的中心線上，將舵機(jī)安裝在前輪靠后的部位，使得整個(gè)小車行駛時(shí)更加平穩(wěn)可靠。舵機(jī)的工作電壓為 伏左右，輸入為 PWM 信號(hào)，相應(yīng)輸出一定轉(zhuǎn)角。實(shí)驗(yàn)證明：舵機(jī)的開環(huán)轉(zhuǎn)向力矩足夠，可以滿足給定 PWM 信號(hào)與角度的一一對(duì)應(yīng)，控制電路簡(jiǎn)單且能滿足控制要求。如圖 211 所示?？紤]到實(shí)際舵機(jī)的轉(zhuǎn)向角與所給 PWM 信號(hào)的占空比基本成線性關(guān)系，所以舵機(jī)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(hào)進(jìn)行控制。車速的計(jì)算公式如公式（21）所示： （2Tdn20v??1） (, ,)dn T為 小 車 后 輪 直 徑 為 采 樣 時(shí) 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(cè)硬件電路圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１３ 舵機(jī)控制單元本系統(tǒng)舵機(jī)控制單元采用 S3010 型舵機(jī)作為智能車方向控制部件。如此則后輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)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(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖進(jìn)行累加計(jì)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?yàn)槠渚冗_(dá)到車輪每旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生200 個(gè)脈沖，不僅硬件電路簡(jiǎn)單，而且信號(hào)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)編碼器輸出兩組河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１２相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測(cè)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。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１１但是受到硬件電路功率的制約和車身長(zhǎng)度的限制，可以通過傳感器對(duì)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(zhǔn)確的實(shí)時(shí)檢測(cè)。圖 27 路面信息檢測(cè)原理圖檢測(cè)電路采用紅外發(fā)射管和光敏三極管。通過 AD 對(duì)這個(gè)電壓的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù) AD 值的情況來判斷黑線的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qiáng)度不同，進(jìn)而導(dǎo)致接收管的特性曲線發(fā)生變化的程度不同。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書１０同時(shí)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(duì)單片機(jī)電路、車速檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)芯片電路和光電傳感器電路供電，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，達(dá)到了顯著的效果。圖 26 穩(wěn)壓電源電路圖（2）經(jīng)過一個(gè)二極管降至 左右后供給轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)。其主要用于以下三個(gè)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(jī)系統(tǒng)電路、路徑識(shí)別的光電傳感器電路、車速檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)編碼器電路和驅(qū)動(dòng)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(jì)中的一個(gè)重要組成單元。而鋰電池，由于具有能量高，壽命長(zhǎng)，額定電壓高，充放電能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，又能滿足智能車的應(yīng)用要求，因此被選作智能車的動(dòng)力電源。目前市場(chǎng)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(jì)說明書８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(shí)別的輸入口；PACN10——用于車速檢測(cè)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(jī)的 PWM 控制信號(hào)輸出； PWM01——用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM 控制信號(hào)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(duì) CPU 進(jìn)行復(fù)位。 圖 23 MC9S12DG128河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書７ 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(shí)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(shí)別電路車速檢測(cè)HCS12 芯片舵機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書６ 控制芯片 MC9S12DG128 電路設(shè)計(jì)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(dòng)電機(jī)控制單元采用 MC33886 電機(jī)驅(qū)動(dòng) H 橋作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件。其輸出方式為電平輸出方式 ，通過定時(shí)采樣旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的高電平個(gè)數(shù)，得出當(dāng)前小車的速度并反饋給控制回路。 （2）路徑識(shí)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(shí)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(jì)說明書５結(jié)合速度控制，盡量提高直道速度，減少行駛時(shí)間，同時(shí)適當(dāng)降低彎道速度，使小車能平穩(wěn)的度過彎道。當(dāng)小車在高速運(yùn)行的過程中進(jìn)入彎道，相對(duì)于低速的情況，道路的變化擾動(dòng)更加迅速，小車偏離黑線越嚴(yán)重；同時(shí)，小車的穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)。路況變化的越劇烈，擾動(dòng)的幅值越大，對(duì)小車運(yùn)行時(shí)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(jì)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(jī)控制策略上我采用PWM 查表法來對(duì)舵機(jī)進(jìn)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(cè)速模塊：測(cè)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(cè)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(cè)模塊：路徑檢測(cè)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(bào)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(jì)包括各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)方案以及相關(guān)電路。由組委會(huì)提供統(tǒng)一的車模和單片機(jī)，要求各參賽隊(duì)在不改變車模的底盤結(jié)構(gòu)的前提下，通過選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方案和控制算法，使車模能夠在專門設(shè)計(jì)的跑道上自主地識(shí)別路線行駛，單圈行駛時(shí)間最短的賽車獲勝。 飛思卡爾杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用 1臺(tái) PentiumIII 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，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(shí)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(guó)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(kù)信息進(jìn)行全局規(guī)劃，l 臺(tái) PC 機(jī)完成視覺信息處理，另 1 臺(tái) PC 完成局部規(guī)劃、反射控制及系統(tǒng)監(jiān)控，數(shù)臺(tái) 8098 完成超聲測(cè)量、位置測(cè)量、車體方向速度的控制。該車上集成了二維彩色攝像機(jī)、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(jì)算機(jī)系智能河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書２技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室在國(guó)防科工委和國(guó)家 863 計(jì)劃的資助下研制的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用 2臺(tái) SunlO 完成信息融合、黑板調(diào)度、全局、局部路徑規(guī)劃，2 臺(tái) PC 機(jī)完成路邊抽取識(shí)別和激光信息處理．單片機(jī)完成定位計(jì)算和車輛自動(dòng)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(guó)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(yàn)收。兩臺(tái) PC486 主要用于軟件開發(fā)和人機(jī)交互、數(shù)據(jù)登錄等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由基于 Transputer 的并行處理單元和 2 臺(tái) PC486 組成。傳感器系統(tǒng)包括由 4 個(gè)小型彩色CCD 攝像機(jī)構(gòu)成的兩組主動(dòng)式雙目視覺系統(tǒng)、3 個(gè)慣性線性加速度計(jì)和角度變化傳感器、測(cè)速表及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)測(cè)量?jī)x等。該系統(tǒng)由德國(guó)聯(lián)邦國(guó)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括 1 臺(tái) SparcLx 便攜式工作站和 l 臺(tái) HCII 微控制器。NavLab．V 系統(tǒng)的車體采用 Pontiac 運(yùn)動(dòng)跑車。該系統(tǒng)是由美國(guó)卡內(nèi)基不斷完善對(duì)智能化的車輛控制系統(tǒng)的研究，相當(dāng)于延伸擴(kuò)展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進(jìn)道路交通的安全性，對(duì)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(jìn)實(shí)驗(yàn)交通技術(shù)構(gòu)建研究平臺(tái)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(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通信、人工智能及自動(dòng)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(yùn)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