zifeng教你學(xué)做智能車挑戰(zhàn)飛思卡爾之6光電管型設(shè)計(jì)

1、zifeng教你學(xué)做智能車挑戰(zhàn)飛思卡爾之6光電管型設(shè)計(jì)zifeng教你學(xué)做智能車挑戰(zhàn)飛思卡爾之6光電管型設(shè)計(jì) 6.1 機(jī)械設(shè)計(jì) 1 6.2 硬件設(shè)計(jì) 2 6.3 軟件設(shè)計(jì) 3第6章 智能汽車設(shè)計(jì)實(shí)踐光電管型設(shè)計(jì) 6.1 機(jī)械設(shè)計(jì) 1 6.2 硬件設(shè)計(jì) 2 6 6.1 機(jī)械設(shè)計(jì) 6.1.1 光電管傳感器的布局 6.1.2 舵機(jī)的安裝 6.1.3 測(cè)速傳感器的安裝 6.1 機(jī)械設(shè)計(jì) 6.1.1 光電管傳感器的布局 1傳感器的布局間隔 2傳感器的徑向探出距離 6.1.1 光電管傳感器的布局 傳感器的布局間隔各個(gè)傳感器的布局間隔對(duì)智能車的運(yùn)行，是有一定影響的。傳感器的間隔是否合適，對(duì)過(guò)彎的精確性以及防

2、止飛車有很大的影響。 設(shè)定傳感器間隔的原則是：既要滿足一定的密度以保證走彎道時(shí)軌跡相對(duì)精確，又要盡可能擁有大的橫向控制范圍來(lái)防止飛車。若傳感器間隔設(shè)置合適，當(dāng)賽道有一點(diǎn)微小的變化時(shí)，小車的控制單元就能進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)（改變前輪轉(zhuǎn)角），從而使得過(guò)彎道的軌跡與彎道大體重合，精確性好。 傳感器的布局間隔各個(gè)傳感器的布局間隔對(duì)智能車的運(yùn)行，是有一定傳感器的徑向探出距離 （1）“一”字形布局 : “一”字形布局是傳感器最常用的布局形式，即各個(gè)傳感器在一條直線上，從而保證縱向的一致性，使其控制策略主要集中在橫向上，其排布如圖6.1所示。 圖6.1 “一”字形布局傳感器的徑向探出距離 （1）“一”字形布局 :

3、 “一”字形布傳感器的徑向探出距離（2）“八”字形布局: “八”字形布局從橫向來(lái)看與“一”字形布局類似，但它增加了縱向的特性，從而具有了一定的前瞻性，其排布如圖6.2所示。 圖6.2 “八”字形布局傳感器的徑向探出距離（2）“八”字形布局: “八”字形布局從傳感器的徑向探出距離（3）“W”字形布局: 為了能夠提早地預(yù)測(cè)到彎道的出現(xiàn)，我們還可以將左右兩端的傳感器進(jìn)行適當(dāng)前置，從而形成“W”形布局，此外，還可利用“W”形布局來(lái)檢測(cè)賽道的彎曲程度。其光電管排布如圖6.3所示。 圖6.3 “W”字形布局傳感器的徑向探出距離（3）“W”字形布局: 為了能夠提早地預(yù)6.1.2 舵機(jī)的安裝 在智能車上，舵機(jī)

4、的輸出轉(zhuǎn)角通過(guò)連桿傳動(dòng)控制前輪轉(zhuǎn)向。舵機(jī)是系統(tǒng)中一個(gè)具有較大時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。其時(shí)間延遲正比于轉(zhuǎn)過(guò)的角度，反比于舵機(jī)的響應(yīng)速度。對(duì)于快速性要求極高的智能小車來(lái)說(shuō)，舵機(jī)的響應(yīng)速度是影響其過(guò)彎最高速度的一個(gè)重要因素，特別是對(duì)于前瞻不夠遠(yuǎn)的智能小車更是如此。 6.1.2 舵機(jī)的安裝 在智能車上，舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角通過(guò)連6.1.2 舵機(jī)的安裝提高舵機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向速度的一種方法是采用杠桿原理，在舵機(jī)的輸出舵盤上安裝一個(gè)較長(zhǎng)的輸出臂，其安裝圖如圖6.4所示。 圖6.4 舵機(jī)的安裝圖6.1.2 舵機(jī)的安裝提高舵機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向速度的一種方法6.1.3 測(cè)速傳感器的安裝 為了減輕智能車的質(zhì)量，測(cè)速時(shí)應(yīng)盡量選用質(zhì)量

5、輕精度高的傳感器，為了不影響加速性能，編碼器的傳動(dòng)齒輪較小，基本上和電機(jī)的齒輪相同。其安裝圖如圖6.5所示。 圖6.5 測(cè)速傳感器的安裝6.1.3 測(cè)速傳感器的安裝 為了減輕智能車的質(zhì)量，測(cè)速6.2 硬件設(shè)計(jì) 6.2.1 HCS12控制核心 6.2.2 電源管理單元 6.2.3 路徑識(shí)別單元 6.2.4 車速檢測(cè)模塊 6.2.5 舵機(jī)控制單元 6.2.6 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元 6.2 硬件設(shè)計(jì) 6.2 硬件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)是智能車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。智能車控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由HCS12控制核心、電源管理單元、路徑識(shí)別電路、車速檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制電路和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路組成，其系統(tǒng)硬

6、件結(jié)構(gòu)如圖6.6所示。 圖6.6 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖6.2 硬件設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)是智能車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)6.2.1 HCS12控制核心HCS12控制核心單元既可以直接采用組委會(huì)提供的MC9S12EVKX電路板，也可以自行購(gòu)買MC9S12DG128單片機(jī)，然后量身制作適合自己需要的最小開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 6.2.1 HCS12控制核心HCS12控制核心單元既可以6.2.1 HCS12控制核心MC9S12DG12B單片機(jī)引腳圖如圖6.7所示。 圖6.7 MC9S12DG12B單片機(jī)引腳圖6.2.1 HCS12控制核心MC9S12DG12B單片機(jī)6.2.1 HCS12控制核心在光電管方案中，其I/O口具體分配

7、如下：PH口與PA口用于小車光電發(fā)光管發(fā)光控制；PT0用于車速檢測(cè)的輸入口； PB口用于顯示小車的各種性能參數(shù)； PWM0（PP0引腳）與PWM1（PP1引腳）合并用于伺服舵機(jī)的PWM控制信號(hào)輸出； PWM2（PP2引腳）與PWM3（PP3引腳）合并用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM控制信號(hào)輸出（電機(jī)正轉(zhuǎn)）； PWM4（PP4引腳）與PWM5（PP5引腳）合并用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM控制信號(hào)輸出（電機(jī)反轉(zhuǎn)）。 在連續(xù)路徑識(shí)別算法中，PAD口用于傳感區(qū)光電接收管電壓信號(hào)的輸入口。 6.2.1 HCS12控制核心在光電管方案中，其I/O口具6.2.2 電源管理單元 電源管理單元是智能車硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，

8、它的作用是對(duì)組委會(huì)提供的7.2 V 1800 mA Ni-cd蓄電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。按照系統(tǒng)各部分正常工作的需要，各模塊電壓值分為5 V, 6.5 V和7.2 V三個(gè)擋。 6.2.2 電源管理單元 電源管理單元是智能車硬件設(shè)計(jì)中6.2.2 電源管理單元電源管理單元主要用于以下三個(gè)方面：（1）采用穩(wěn)壓管芯片L7805CV將電源電壓穩(wěn)壓到5 V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)的轉(zhuǎn)角編碼器電路和驅(qū)動(dòng)芯片MC33886電路供電；（2）經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管降至6.5 V左右后供給轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)；（3）直接供給直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 6.2.2 電源管理單元電源管理單元主要用于以下三個(gè)方面6.2.2

9、 電源管理單元同時(shí)考慮到穩(wěn)壓芯片L7805CV的額定輸出電流較小，故采用兩片L7805CV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，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。其穩(wěn)壓電路如圖6.8所示。 圖6.8 穩(wěn)壓電源單元6.2.2 電源管理單元同時(shí)考慮到穩(wěn)壓芯片L7805CV6.2.3 路徑識(shí)別單元 在光電管方案中，通過(guò)紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光照射跑道，由于跑道表面與中心線具有不同的反射強(qiáng)度，因此利用紅外接收管可以檢測(cè)到這些信息。通過(guò)合理安排紅外發(fā)射/接收管的空間位置可以檢測(cè)到智能車相對(duì)于前方道路的位置。紅外發(fā)射接收管一般安放在模型車前端，可以安裝成一排，也可以前后安裝兩排，傳感器的總數(shù)量受

10、到比賽規(guī)則的限制。 6.2.3 路徑識(shí)別單元 在光電管方案中，通過(guò)紅外發(fā)光管6.2.3 路徑識(shí)別單元紅外接收管接收道路反射的紅外光后產(chǎn)生電壓的變化，它可以反映出賽道中心線的位置。這個(gè)電壓信號(hào)可以通過(guò)外部的電壓比較器變成高、低電平由單片機(jī)的I/O端口讀取，也可以通過(guò)單片機(jī)A/D端口直接讀取。從I/O端口讀取的參考電路如圖6.9所示，從A/D端口直接讀取的參考電路如圖6.10所示。 圖6.9 I/O端口讀取電路圖6.10 A/D端口讀取電路6.2.3 路徑識(shí)別單元紅外接收管接收道路反射的紅外光后6.2.3 路徑識(shí)別單元兩個(gè)光電管方案中常見(jiàn)的問(wèn)題 1相鄰光電管之間的干擾 2光電管發(fā)射功率的影響 6.

11、2.3 路徑識(shí)別單元兩個(gè)光電管方案中常見(jiàn)的問(wèn)題 相鄰光電管之間的干擾由于紅外發(fā)射管是基于漫反射原理的，其發(fā)射的紅外光可能影響到安裝在附近的紅外接收管。消除這種干擾可以采取以下幾種措施： （1）選擇發(fā)射與接收方向性好的紅外傳感器。（2）選擇發(fā)射與接收一體化的紅外傳感器，它的外殼可以抑制相鄰干擾。 （3）在紅外接收管上安裝黑色套管，使其只接收前方一定角度內(nèi)的紅外光線，這種減小互擾動(dòng)的措施效果較好。 （4）使相鄰的紅外發(fā)射/接收管交替工作（即“點(diǎn)火”）。這種方法不僅減小了相鄰紅外傳感器之間的干擾，同時(shí)也降低了整體傳感器的功耗。 相鄰光電管之間的干擾由于紅外發(fā)射管是基于漫反射原理的，其發(fā)射光電管發(fā)射功

12、率的影響 為了增加前瞻距離，需要加大光電管紅外發(fā)射功率，使得返回的紅外線的強(qiáng)度提高，這樣不僅使得電池電能的消耗量增加，同時(shí)也會(huì)縮短紅外發(fā)射管的壽命。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以利用紅外接收管響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，采用光電管脈沖發(fā)射/接收的方法加以處理。紅外發(fā)射管工作在周期脈沖方式下，可以大大降低平均工作電流，從而降低了整個(gè)發(fā)射電路的電量消耗。 光電管發(fā)射功率的影響 為了增加前瞻距離，需要加大光電管紅外發(fā)6.2.4 車速檢測(cè)模塊 為了使得模型車能夠平穩(wěn)地沿著賽道運(yùn)行，除了控制前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)以外，還需要控制車速。通過(guò)對(duì)速度的檢測(cè)，可以對(duì)車模速度進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。此外，若采用基于路徑記憶的控制策略，為了獲取道路信

13、息，需要得到智能車的行駛距離，也必須通過(guò)車速檢測(cè)模塊來(lái)間接實(shí)現(xiàn)。 6.2.4 車速檢測(cè)模塊 為了使得模型車能夠平穩(wěn)地沿著賽6.2.4 車速檢測(cè)模塊車速檢測(cè)一般是通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。比賽中所使用的常見(jiàn)測(cè)速方法列舉如下： 1轉(zhuǎn)角編碼盤 2反射式光電檢測(cè) 3霍爾傳感器檢測(cè) 6.2.4 車速檢測(cè)模塊車速檢測(cè)一般是通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角編碼盤轉(zhuǎn)角編碼盤分為絕對(duì)位置輸出和增量式位置輸出兩種。一般可使用增量式編碼盤。它輸出脈沖的個(gè)數(shù)正比于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而使編碼盤輸出脈沖的頻率正比于轉(zhuǎn)速?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量單位周期內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)或者脈沖周期得到脈沖的頻率。 轉(zhuǎn)角編碼盤轉(zhuǎn)角編碼盤分為絕對(duì)位置輸出和增量式位置

14、輸出兩種。一反射式光電檢測(cè)許多隊(duì)伍在后輪齒輪傳動(dòng)盤上粘貼一個(gè)黑白相間的碼盤，通過(guò)安裝在碼盤側(cè)面的反射式紅外傳感器，來(lái)讀取光碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖。其原理和轉(zhuǎn)角編碼盤的測(cè)速機(jī)理是類似的。 反射式光電檢測(cè)許多隊(duì)伍在后輪齒輪傳動(dòng)盤上粘貼一個(gè)黑白相間的碼霍爾傳感器檢測(cè)在后輪輪轂上粘貼1個(gè)或者2個(gè)小型的永磁體，附近固定一個(gè)霍爾傳感器。霍爾元件有3個(gè)引腳，其中2個(gè)分別是電源引腳和接地引腳，另一個(gè)是輸出信號(hào)引腳，只要通過(guò)一個(gè)上拉電阻接至5 V電壓，就可以形成開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)。后輪電機(jī)每轉(zhuǎn)1周，則可以產(chǎn)生1個(gè)或者2個(gè)脈沖信號(hào)。這種方式簡(jiǎn)易、廉價(jià)，但測(cè)速精度不如前面的方法，因?yàn)橛来朋w本身的體積決定了不可能在后輪輪轂上安裝過(guò)

15、多磁片，對(duì)測(cè)速精度要求不高的隊(duì)伍可以考慮此方法。 霍爾傳感器檢測(cè)在后輪輪轂上粘貼1個(gè)或者2個(gè)小型的永磁體，附近6.2.5 舵機(jī)控制單元 舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它是由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成的。通過(guò)內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號(hào)，因此對(duì)于它的控制可以使用開(kāi)環(huán)控制方式。在負(fù)載力矩小于其最大輸出力矩的情況下，它的輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的脈沖寬度。但實(shí)際上，由于舵機(jī)反應(yīng)的延遲性，智能車的舵機(jī)轉(zhuǎn)角通常不能在一個(gè)控制周期內(nèi)到達(dá)指定的設(shè)定角度，因此，可以在舵機(jī)外部再安裝一個(gè)位置反饋裝置，構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 6.2.5 舵

16、機(jī)控制單元 舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它6.2.5 舵機(jī)控制單元舵機(jī)控制單元采用組委會(huì)提供的Futaba公司S3010型舵機(jī)作為智能車方向控制部件。 圖6.14 轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)實(shí)物圖6.2.5 舵機(jī)控制單元舵機(jī)控制單元采用組委會(huì)提供的Fu6.2.6 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路主要用來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。改變直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；而控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則有不同的方案，較常規(guī)的方法是采用PWM控制。驅(qū)動(dòng)電路既可以直接采用MC33886電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，也可以采用大功率MOS管來(lái)自行設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 6.2.6 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元 直流驅(qū)動(dòng)電

17、機(jī)控制電路主MC33886全橋驅(qū)動(dòng)電路采用MC33886的全橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了提供更大的驅(qū)動(dòng)電流，可以將多片MC33886并聯(lián)使用，其采用3片MC33886并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)硬件電路如圖6.15所示。 圖6.15 電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路圖MC33886全橋驅(qū)動(dòng)電路采用MC33886的全橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，為大功率MOS管電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 采用大功率MOS管組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，在保證大電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同時(shí)，可以有效地避免多片MC33886并聯(lián)時(shí)由于芯片分散性導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)芯片某些片發(fā)熱某些不發(fā)熱的現(xiàn)象。但由分離元件組成的驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性低于集成芯片。圖6.16 MOS管組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路大功率MOS管電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 采用大功率MO

18、S管組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 6.3 軟件設(shè)計(jì)6.3.1 初始化算法 6.3.2 路徑離散識(shí)別算法 6.3.3 路徑連續(xù)識(shí)別算法 6.3.4 控制策略及控制算法 6.3 軟件設(shè)計(jì) 6.3 軟件設(shè)計(jì)在智能車控制系統(tǒng)光電管方案的軟件設(shè)計(jì)中，程序的主流程是：先完成單片機(jī)初始化（包括I/O模塊、PWM模塊、計(jì)時(shí)器模塊、定時(shí)中斷模塊初始化）之后，通過(guò)無(wú)限循環(huán)語(yǔ)句不斷地重復(fù)執(zhí)行路徑檢測(cè)程序、數(shù)據(jù)處理程序、控制算法程序、舵機(jī)輸出及驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出程序。其中，定時(shí)中斷用于檢測(cè)小車當(dāng)前速度，作為小車速度閉環(huán)控制的反饋信號(hào)。 6.3 軟件設(shè)計(jì)在智能車控制系統(tǒng)光電管方案的軟件設(shè)計(jì)6.3 軟件設(shè)計(jì)光電管方案主程序流程圖如圖6.17

19、所示。 圖6.17 光電管方案主程序流程圖6.3 軟件設(shè)計(jì)光電管方案主程序流程圖如圖6.17所示6.3.1 初始化算法 1鎖相環(huán)初始化 2A/D初始化 3PWM初始化 4定時(shí)器初始化6.3.1 初始化算法 6.3.2 路徑離散識(shí)別算法 路徑離散識(shí)別算法是通過(guò)普通I/O端口將光電管接收端的電壓值讀入單片機(jī)，根據(jù)端口輸入的高、低電平邏輯來(lái)判斷該傳感器是否處于黑色引導(dǎo)線上方，再篩選出所有處于引導(dǎo)線上方的傳感器，便可以大致判斷出此時(shí)車身相對(duì)道路的位置，確定出路徑信息。 6.3.2 路徑離散識(shí)別算法 路徑離散識(shí)別算法是通過(guò)普通6.3.2 路徑離散識(shí)別算法路徑離散識(shí)別算法簡(jiǎn)便易行，因?yàn)檩斎肓繛殚_(kāi)關(guān)量，所以

20、對(duì)硬件及算法的要求都比較低，在傳感器數(shù)目較多的情況下也可以實(shí)現(xiàn)較高的識(shí)別準(zhǔn)確性。但它的一個(gè)缺陷在于路徑信息只是基于間隔排布的傳感器的離散值，對(duì)于兩個(gè)相鄰傳感器之間的“盲區(qū)”無(wú)法提供有效的距離信息，因此其路徑識(shí)別精度極大地受限于傳感器的間距。此外，由于離散算法得到的路徑信息是離散值，如果將離散的路徑信息直接應(yīng)用到轉(zhuǎn)向及車速控制策略中去，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向及車速調(diào)節(jié)的階躍式非連續(xù)變化，這將會(huì)對(duì)智能車的性能產(chǎn)生不利影響。此時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)向及車速控制僵硬，舵機(jī)對(duì)路徑變化反應(yīng)不靈敏，舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)向相對(duì)于路徑為階躍式延遲響應(yīng)，易產(chǎn)生超調(diào)及振蕩現(xiàn)象，對(duì)于追求高車速、短決策周期的控制策略來(lái)說(shuō)，很可能因?yàn)槎鏅C(jī)響應(yīng)不及時(shí)而造成

21、控制失效。 6.3.2 路徑離散識(shí)別算法路徑離散識(shí)別算法簡(jiǎn)便易行，因6.3.3 路徑連續(xù)識(shí)別算法 路徑連續(xù)識(shí)別算法是通過(guò)單片機(jī)A/D口將接收管電壓讀入。道路中心線相對(duì)于各個(gè)紅外接收管的距離所引起的電壓變化經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，然后通過(guò)插值運(yùn)算可以得到更加精確的路徑信息。然而，由于器件制造工藝引起的分散性問(wèn)題，各個(gè)光電管的性能特性存在很大的差異，特別是電壓波動(dòng)范圍相差較大，這就給算法制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了困難。為了解決這一問(wèn)題，可以采用歸一化方法把各傳感器的電壓值都處理成相對(duì)于該傳感器最大電壓（白區(qū)的電壓）和最小電壓（黑區(qū)的電壓）的變化百分比，以使所有的特性曲線的范圍都將在0100之間。 6

22、.3.3 路徑連續(xù)識(shí)別算法 路徑連續(xù)識(shí)別算法是通過(guò)單片6.3.3 路徑連續(xù)識(shí)別算法在比賽前先對(duì)光電管進(jìn)行預(yù)標(biāo)定，找到各光電管對(duì)黑線的敏感程度，將預(yù)標(biāo)定過(guò)程中各個(gè)光電管的最大值和最小值存下來(lái)，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，小車行駛過(guò)程中，將每個(gè)傳感器輸出的信號(hào)減去最小值，再除以該傳感器的輸出范圍即可得到其相對(duì)輸出值，然后找到其中最大的那個(gè)值。該值對(duì)應(yīng)的光電管下面的黑線比例為最大，然后找到此光電管旁的另外兩個(gè)光電管?？梢愿鶕?jù)這三個(gè)值可以算出黑線的準(zhǔn)確位置。6.3.3 路徑連續(xù)識(shí)別算法在比賽前先對(duì)光電管進(jìn)行預(yù)標(biāo)定6.3.4 控制策略及控制算法 1轉(zhuǎn)角的控制 2車速的控制 3路徑

23、記憶算法 6.3.4 控制策略及控制算法 6.3.4 控制策略及控制算法為保證小車一直沿著黑色引導(dǎo)線快速行駛，系統(tǒng)主要的控制對(duì)象是小車的轉(zhuǎn)向和車速。即應(yīng)使小車在直道上以最快的速度行駛。在進(jìn)入彎道的過(guò)程中盡快減速，且轉(zhuǎn)向要適合彎道的曲率，確保小車平滑地轉(zhuǎn)彎，并在彎道中保持恒速。從彎道進(jìn)入直道時(shí)，小車的舵機(jī)要轉(zhuǎn)至中間，速度應(yīng)該立即得到提升，直至以最大的速度行進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)上述控制思想，可以采用不同的控制方法來(lái)控制小車的轉(zhuǎn)角和速度。 6.3.4 控制策略及控制算法為保證小車一直沿著黑色引導(dǎo)轉(zhuǎn)角的控制為了使舵機(jī)迅速地轉(zhuǎn)至期望的角度，先通過(guò)前排發(fā)射接收光電管檢測(cè)黑線，當(dāng)小車處于直道時(shí)，最中間的光電管檢測(cè)到信

24、號(hào)，當(dāng)處于不同曲率的彎道時(shí)，前排兩側(cè)不同的光電管將檢測(cè)到信號(hào)。所以，根據(jù)前排光電管檢測(cè)到的不同信號(hào)，可以判斷出小車所處的位置。然后，根據(jù)小車的位置再對(duì)調(diào)整舵機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 轉(zhuǎn)角的控制為了使舵機(jī)迅速地轉(zhuǎn)至期望的角度，先通過(guò)前排發(fā)射接收轉(zhuǎn)角的控制調(diào)整舵機(jī)的原則是：小車處于直道時(shí)，擺正舵機(jī)。小車處于彎道的曲率越大，則舵機(jī)轉(zhuǎn)角越大。除此之外，小車還會(huì)遇到黑色交叉線的特殊情況，對(duì)此，本系統(tǒng)將保持小車原有的方向與速度，使小車不受交叉線的干擾。如果小車轉(zhuǎn)過(guò)的彎過(guò)大，則可能使前排光電管全部偏離黑色軌跡，從而沒(méi)有一個(gè)光電管檢測(cè)到黑線，故應(yīng)使舵機(jī)保持原角度，讓小車急轉(zhuǎn)駛回正道。同時(shí)，將速度適當(dāng)降低，防止小車沖

25、出軌跡。 轉(zhuǎn)角的控制調(diào)整舵機(jī)的原則是：小車處于直道時(shí)，擺正舵機(jī)。小車處轉(zhuǎn)角的控制這里采用比例和微分相結(jié)合的PD控制方法。（1）比例控制：通過(guò)前面提取的position與中心位置相減得到比例控制的偏差量，然后再根據(jù)偏差量的大小采用比例系數(shù)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向。（2）微分控制：通過(guò)存儲(chǔ)連續(xù)20次采樣所得到的黑線位置，可以計(jì)算出相應(yīng)的黑線位置變化率，進(jìn)而根據(jù)這個(gè)變化率的大小，來(lái)調(diào)整微分系數(shù)，以控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)角的控制這里采用比例和微分相結(jié)合的PD控制方法。車速的控制 因?yàn)樾≤嚤荣惖馁惖朗俏粗?，彎道的分布情況也不能確定，小車可能頻繁地進(jìn)出彎道，不停地調(diào)整速度來(lái)適應(yīng)不同軌跡。所以，需要對(duì)智能車的速度進(jìn)行閉環(huán)

26、控制，使得小車的速度能夠頻繁地變化，且能在很短的時(shí)間內(nèi)由當(dāng)前速度轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕霓D(zhuǎn)速?；谶@幾點(diǎn)的考慮，可以考慮利用MC9S12DG128單片機(jī)的模糊指令集。 車速的控制 因?yàn)樾≤嚤荣惖馁惖朗俏粗?，彎道的分布情況也不能路徑記憶算法 由于傳感器看到賽道的長(zhǎng)度有限，不能很好地對(duì)賽道狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此，如果小車在跑第一圈的時(shí)候能夠記下賽道全部路徑信息，在第二圈的時(shí)候則能夠根據(jù)第一圈的記憶信息輔助控制，在相同條件下將比不使用賽道記憶的智能車更具有優(yōu)勢(shì)。 路徑記憶算法 由于傳感器看到賽道的長(zhǎng)度有限，不能很好地對(duì)賽道路徑記憶算法成功實(shí)現(xiàn)賽道記憶算法，必須具備以下五個(gè)條件賽車必須識(shí)別起跑線。賽車需要在第一圈記

27、下正確的賽道信息。 正確地濾波。 賽車必須擁有足夠的存儲(chǔ)空間。 賽車在第二圈如何應(yīng)用第一圈記下的信息。 路徑記憶算法成功實(shí)現(xiàn)賽道記憶算法，必須具備以下五個(gè)條件起跑線的檢測(cè) 從圖6.18的起始線的特點(diǎn)可以看到，在兩條黑線之間有大約2 cm的白色區(qū)域，可以通過(guò)識(shí)別這個(gè)特征信息，來(lái)區(qū)別起始線和十字交叉線。我們采用一排為五個(gè)的紅外光電管，中間三個(gè)之間的距離為2 cm，旁邊兩個(gè)的距離為5 cm，如圖6.19所示。 圖6.18 起始線尺寸圖圖6.19 光電管排列圖起跑線的檢測(cè) 從圖6.18的起始線的特點(diǎn)可以看到，在兩條黑線賽車如何在第一圈記下正確的賽道信息 當(dāng)起跑線被檢測(cè)到后，開(kāi)始對(duì)賽道進(jìn)行記憶。我們采用

28、的是分段式記憶算法，當(dāng)黑線的位置在中間某個(gè)區(qū)域內(nèi)則記為直道，在右面的區(qū)域則記為右彎道，在左面的區(qū)域則記為左彎道。我們利用編碼器記錄小車走過(guò)的路程，具體做法為：用PCAN1記錄編碼器的脈沖數(shù)，輸入到計(jì)數(shù)器當(dāng)中，進(jìn)而采用計(jì)數(shù)器的溢出中斷來(lái)對(duì)賽道進(jìn)行定距離記憶，當(dāng)計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)溢出時(shí)，這時(shí)計(jì)數(shù)器申請(qǐng)溢出中斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)賽道定距離記憶。當(dāng)?shù)诙螜z測(cè)到起始線時(shí)記憶結(jié)束。 賽車如何在第一圈記下正確的賽道信息 當(dāng)起跑線被檢測(cè)到后，開(kāi)始正確的濾波 確的濾波對(duì)賽道記憶而言是至關(guān)重要的，它決定了在第二圈時(shí)賽車的運(yùn)行路線和運(yùn)行速度，對(duì)賽道濾波需要分兩種情況，第一種就是在記憶過(guò)程中對(duì)賽道濾波，由于我們采用的是分段式記憶方法，當(dāng)某一段記到的脈沖數(shù)小于某個(gè)數(shù)時(shí)，這時(shí)我們把它歸為上一段。第二種就是在第二次檢測(cè)到起始線后對(duì)賽道進(jìn)行全局濾波，這時(shí)我們要從賽道中濾出小S道、大S道和連續(xù)彎道。 正確的濾波 確的濾波對(duì)賽道記憶而言是至關(guān)重要的，它決定了在第正確的濾波具體做法如下：首先我們必須