智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣工程學(xué)院指導(dǎo)老師：李軍紅自動(dòng)化102班李斌目錄1234任務(wù)與要求硬件設(shè)計(jì)選題依據(jù)與背景軟件設(shè)計(jì)3結(jié)果展示選題依據(jù)與背景 本課題以全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽為背景在規(guī)定的模型汽車平臺(tái)上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的32位微控制器作為核心控制模塊，通過增加道路傳感器（攝像頭）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及編寫相應(yīng)軟件，制作一部能夠自主識(shí)別道路的模型汽車，按照規(guī)定路線行進(jìn)，以最短時(shí)間跑完全程。 智能小車是在無需人工干預(yù)的情況下通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)小車的啟停、行駛方向和速度的控制，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的高新技術(shù)綜合系統(tǒng)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已有較多應(yīng)用。因此，加強(qiáng)對(duì)

2、智能小車控制方法的研究具有重要的意義。 選題依據(jù)選題依據(jù)與背景飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能車競賽左圖為第八屆飛思卡爾智能小車競賽參賽隊(duì)伍調(diào)試時(shí)的照片，其跑道為兩邊2.5cm黑線和中間45cm白底的KT版。跑道的類型包括：十字彎、坡道、虛線、小S彎、停止線等。任務(wù)與要求 選用飛思卡爾單片機(jī)為控制核心，制作一臺(tái)基于攝像頭的模型智能小車。其硬件電路設(shè)計(jì)包括：單片機(jī)與外圍電路模塊、檢測電路模塊、舵機(jī)和電機(jī)控制電路模塊、遠(yuǎn)程遙控模塊及電源模塊等。軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、速度控制和方向控制等子程序和主程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的主要功能如下：1.能自動(dòng)沿著軌道循跡前行（軌道為飛思卡爾智能汽車競賽用軌道），平均速

3、度達(dá)到2.5m/s。2.能通過無線遙控控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，加速、減速和停車等。3.能通過按鍵切換小車自動(dòng)循跡和遙控狀態(tài)。硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體構(gòu)成硬件設(shè)計(jì)硬件構(gòu)成及選型電機(jī)驅(qū)動(dòng)：BTN7971緩沖器：74LS244電源芯片：ASM1117核心控器：K60攝像頭：OV7620光電編碼器：歐姆龍500線AB雙向數(shù)字舵機(jī)：S-D5無線模塊：NRF24l01硬件設(shè)計(jì)PCB板制作PCB板的形狀需要切合小車的外形，同時(shí)需要做到體積小，重量輕硬件設(shè)計(jì)實(shí)物電路板的制作電路板要確保接口處的穩(wěn)定性，做好散熱工作，大電流處保護(hù)工作軟件設(shè)計(jì)方向控制流程圖軟件設(shè)計(jì)方向控制之直道或小彎方向值=(C-B)偏心值 +

4、(B-A)彎度值)/比例值其中調(diào)節(jié)參數(shù)：心值為1，彎度值為1，比例值為2上圖： (160-160)1 +(160-160)1) / 2=0下圖： (160-100)1 +(100-130)1) / 2=15 圖像高度60個(gè)像素點(diǎn) 寬度319個(gè)像素點(diǎn) ABC值為從左數(shù)起的像素值 (56,160)(2,160)(56,130)(2,160)(2,100)上圖值為0方向設(shè)為不轉(zhuǎn)下圖值為15設(shè)為方向左轉(zhuǎn)軟件設(shè)計(jì)方向控制之直道或小彎 方向值=(C-B)偏心值 + (B-A)彎度值)/比例值 (160-220)1 +(220-190)1) / 2 = -15(56,190)(2,220)上圖方向值-15為

5、所以向右轉(zhuǎn)，因?yàn)槭侵钡浪韵蛑行男》瓤繑n，可以想象當(dāng)上圖的圖像是一個(gè)向左轉(zhuǎn)的小彎時(shí)，即A點(diǎn)與C點(diǎn)在同一垂直線上時(shí)車是走直線的，也即雖然靠左但是個(gè)左玩，直走當(dāng)然沒問題，這樣同時(shí)又解決了切彎的問題，即最優(yōu)路徑。(2,160)軟件設(shè)計(jì)方向控制之大彎半徑為50cm的彎半徑為70cm的彎軟件設(shè)計(jì)方向控制之大彎 方向值=(C-B)偏心值 + (B-A)彎度值) D大彎值)/比例值 其中調(diào)節(jié)參數(shù)：大彎值為1 上式中D，左彎取正右彎取負(fù) (160-170)1 + (170-90)1) + 10 1 ) /2 =40 上圖方向值40為所以向左轉(zhuǎn)，這樣可以很好的解決在不同彎度下小車的轉(zhuǎn)向大小，通過調(diào)節(jié)參數(shù)“大彎

6、值”的大小很好的調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以通過E值來進(jìn)行行駛路徑的微調(diào)。(45,90)(2,160)(2,170)10軟件設(shè)計(jì)方向控制之特殊情況十字彎或虛線的情況補(bǔ)齊中間線然后當(dāng)直道小彎處理 小S彎如圖中如果看近處是一個(gè)向右的彎，但是視野遠(yuǎn)了之后則會(huì)向左轉(zhuǎn)，這樣就導(dǎo)致小S彎實(shí)際跑起來就像一條直線一樣。軟件設(shè)計(jì)速度控制流程圖軟件設(shè)計(jì)速度控制策略 減速時(shí)用比例控制可以在差距比較大的時(shí)候快速調(diào)節(jié)，當(dāng)兩者差距比較小的時(shí)候又可以比較緩慢的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)節(jié)。當(dāng)速度下降到安全速度時(shí)，馬上給一個(gè)高速PWM。從圖中可以看出速度無超調(diào)，即能滿足小車安全平穩(wěn)過彎，又能出彎提前加速，從而提高了小車的平均速度。t /sV/ m /s前方為彎道進(jìn)入比例控制達(dá)到安全速度后直接給一個(gè)高速PWM軟件設(shè)計(jì)軟件總體流程圖 遙控器端也安裝NRF24L01模塊，其控制器使用的是MSP430，按鈕為電位器。遙控器為發(fā)送方，設(shè)置為每隔20ms發(fā)送一次相關(guān)控制信息，當(dāng)沒有控制信息的時(shí)候也照樣發(fā)送信息， 小車在每個(gè)控制周(16.6ms)期接收一次無遙控器數(shù)據(jù)，并將無線模塊發(fā)送的值還原并做映射。結(jié)果展示 經(jīng)過幾個(gè)月的制作，最終小車完成成了全部任務(wù)。