基于光電傳感器的智能車設(shè)計

技術(shù)創(chuàng)新基于光電傳感器的智能車設(shè)計皋宇王迪臻于榮江蘇南京２１Ｉ１（江蘇省南京市東南大學(xué)江寧校區(qū)自動化學(xué)院０２）摘要：鐘對智能駕駛峙車體的要求，－；【飛思卡爾單片機ＸＳｌ２８作痔平臺實現(xiàn)小車的路徑白動識羽行駛。用光電傳贏囂撂潮蓐徑經(jīng)過ＡＤ轉(zhuǎn)基結(jié)合ＰＤ閉環(huán)算法拉翻舵機的轉(zhuǎn)向和電機的速度使小車電夠沿著置線曩定運行。實奠得出的結(jié)果比較理想。關(guān)鍵詞：ＰＤ控制算法智能車自動手線光電傳毒毒中圖分類號ｌｕ４８９文獻標識碼：Ａ文章編號ｔ１６７ｔ—０９８ｘ（２００９）０７（?卜０００９－０１１路徑識別系統(tǒng)軟硬件設(shè)計方案（包括光電管／攝像頭的選型）路徑識別系統(tǒng)軟硬件設(shè)計見圖ｌ。量式ＰＩＤ控制舵機轉(zhuǎn)角．ａ＝≮ｇ＋Ｋ∑Ｐ＋局血（１）２硬件設(shè)計本次智能車設(shè)計中我們組選用光電管作為智能車的傳感器基本部件。由于賽道中的軌跡是黑線，光電管發(fā)出的光線都會ｅ為跑道與車身的偏移量，Ｋ。為比例系數(shù)，Ｋ；為積分系數(shù)，Ｋ。為微分系數(shù)ｔａ為舵機轉(zhuǎn)角。在模型車高速運行時，舵正常情況下積分環(huán)節(jié)會使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，動態(tài)響應(yīng)變慢。因此我們可以將積分環(huán)節(jié)舍掉。而采用ＰＤ反饋控制。這樣可以簡化電路并使得器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、舵機控制模塊、控制參數(shù)選擇模塊、單片機模塊等組成，智能車系統(tǒng)工作電壓由＋２Ｖ、＋５Ｖ、＋６Ｖ，＋７．２Ｖ四個系統(tǒng)混合組成在控制策略方面，主要包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制。通過路徑識別系統(tǒng)確定模型車模型車與黑線的被吸收，而對應(yīng)的白色反射光比較強，通過接收管可以區(qū)分不同，根據(jù)這一原理進行路徑識別。考慮到發(fā)射與接受一體化的紅外傳感器的外殼可以抑制相鄰干擾，所以本系統(tǒng)路徑識別單元采用８個收發(fā)一體的控制系統(tǒng)簡單、高效。（１）式可以改為：０‘＝Ｋ。口＋Ｋｄ缸，ＰＩＤ參數(shù)可以根據(jù)實驗確定．位置，設(shè)定一個閱值，根據(jù)實際位置偏移量與閾值的關(guān)系，分兩段進行控制。與黑線接近時采用增量式ＰＩＤ算法并結(jié)合智能車控制的實際情況做了一些變動，用于對舵機轉(zhuǎn)向進行控制，使用實驗測定法確定最佳發(fā)射式紅外光電傳感器ＴＣＲＴＳ０００作為路徑監(jiān)測元件。以下討論確定傳感器的排布：傳感器可以有這幾種排布：一字型，分兩排分布光電管型，八字型，Ｗ型，圓弧形５電機驅(qū)動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案及算法算法５．１驅(qū)動電路等。一字型的各個傳感器都在一條直線上，從而保證了縱向的一致性，使得控制策略主要集中在橫向上．３路徑識別方法：加權(quán)求位置法將如圖所示的輸出接到單片機的ＡＤ轉(zhuǎn)換接口進行轉(zhuǎn)換。將各個傳感器的兩個最大的輸出分別乘以傳感器位置后求和，再除以這兩個傳感器輸出之和即可以得到電機方面我們采用主辦方提供的兩片ＭＣ３３８８６作為驅(qū)動芯片。ＭＣＵ產(chǎn)生兩路ＰＷＭ波通過ＩＮｌ。ＩＮ２引腳輸入，以調(diào)節(jié)ＯｕＴｌＯＵＴ２的輸出電壓，構(gòu)成ＯＵＴｌ與０ＵＴ２之間的電壓羞。通過改變ＰＷＭ的占空比來改變電機的轉(zhuǎn)速的快慢，通過控制電壓的大小，正負來控制電機的正反轉(zhuǎn)，從而進行加速，剎車，制動控制。５．２車速控制由于比賽時的實際賽道是不斷變化的，我們采用不同的賽道設(shè)置不同的速度的ＰＩＤ系數(shù)組合。當(dāng)車與黑線偏移量大于閾值時采用模糊控制法，最后將計算結(jié)果賦給控制舵機的ＰＷＭＤＴＹ，從而準確的控制舵機的轉(zhuǎn)角。在速度控制方面，主要采用分段閉環(huán)控制方法，由舵機轉(zhuǎn)角判斷根據(jù)賽道狀況，如直道、ｓ彎、普通彎等，設(shè)定不同的速度控制方案給硬件電路，實現(xiàn)了變負荷條件下對速度的快速穩(wěn)定鎖定，大大簡化了軟件編程。同時，引入能耗制動剎車電路，使得小車在直道可以盡量加速并能保證在過彎時迅速減速，保證了小車的穩(wěn)定、快速行駛。８結(jié)語８．１討論與思考在做車的過程中我們發(fā)現(xiàn)了需要在制作智能車中特別注意的：直接用７．２Ｖ的電壓給舵機供電好還是穩(wěn)壓后用６Ｖ的電壓給舵機供電好？討論：舵機的響應(yīng)速度和工作電壓有關(guān)系，電壓越大速度越快，所以應(yīng)在舵機允許的范圍內(nèi)，盡量選擇最大的工作電壓，蓄電池的７．２Ｖ電壓雖然略高于舵機允許電壓范圍，如果還在舵機承受范圍內(nèi)的話，應(yīng)該可以直接為舵機供電的。８．２電機驅(qū)動器的選擇討論：電機可以使用專用的電機驅(qū)動．連續(xù)的位置信息?？梢圆捎孟葮硕ㄔ儆孟鄬χ颠M行加權(quán)的計算方法。路徑記憶流程在以上的“數(shù)據(jù)處理”中，可能會有這樣的一種情況，就是小車脫離軌道了。這時候應(yīng)值和加減速控制策略來進行動態(tài)實時車速控制。該讓單片機執(zhí)行將小車拉回軌道的函數(shù)。５．３速度控制框由舵機轉(zhuǎn)角度數(shù)判斷賽遭，根據(jù)賽道狀況設(shè)定速度值，由于賽道的一定的不確４轉(zhuǎn)向舵機控制軟件設(shè)計方案及算法ＰＩＤ閉環(huán)控制：數(shù)字ＰＩＤ控制可以分為位置式ＰＩＤ、增量式ＰＩＤ和角度ＰＩＤ控制。位置式ＰＩＤ數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出是全量輸出，是執(zhí)行機構(gòu)所應(yīng)達到的位置，角度ＰＩＤ控制與過去的狀態(tài)有關(guān)，運算工作量大，需要對ｅ（跑道與車身的偏移量）進行累加。故采用增定性，可以用模糊控制的方法，具體的速度可以用ＰＩＤ控制，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)追蹤控制小車的速度。實現(xiàn)方案與判斷：設(shè)置采樣周期，實時監(jiān)控舵機轉(zhuǎn)向角度，兩個大采樣周期間采樣得到的舵機轉(zhuǎn)向角度如果變化較大表明智能車可能在急轉(zhuǎn)彎，則需要降低速度，設(shè)一個彎道模糊控制對照表，表中包含轉(zhuǎn)角度變化值還有變化率，在表中根據(jù)實測定得到的各種情況的極限速度設(shè)定，和剎車時間，再通過速度穩(wěn)定算法的調(diào)芯片、達林頓管或場效應(yīng)管來驅(qū)動。若選用ＭＣ３３８８６作為電機驅(qū)動器，但其發(fā)熱量大，，即可實現(xiàn)對智能車過彎速度的調(diào)節(jié)。剎車的實現(xiàn)剎車是通過輸出負壓，使電機反轉(zhuǎn)來現(xiàn)的，可采用速時狠剎（剎車時間長）。低時緩剎（剎車時間短）。為了解決這一問題，我們采用了Ｈ橋驅(qū)動電路，如果使用該接法，ＭＣ３３８８６工作時間再長，也只有輕微發(fā)熱。參考文獻ｆｌ】田玉平．自動控制原理第二版【Ｍ】．北原；科學(xué)出版社２００６．【２】張淑謙，王國權(quán)．智能車黑線識別算法及控制策略研究【Ｊ】．電子技術(shù)。２００９（０３）．【３】高月華．基于紅外光電傳感器的智能車自車運行控制系統(tǒng)設(shè)計方案及算法智能車系統(tǒng)以飛思卡爾公司的Ｃ６８Ｓ９１２ＤＰ２５６為核心。由電源模塊、傳感動尋跡系統(tǒng)設(shè)計【Ｊ】．半導(dǎo)體光電，２００９（０１）．科技創(chuàng)新導(dǎo)報ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ９萬方數(shù)據(jù)基于光電傳感器的智能車設(shè)計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：皋宇，王迪臻，于榮江蘇省南京市東南大學(xué)江寧校區(qū)自動化學(xué)院,江蘇南京,211102科技創(chuàng)新導(dǎo)報SCIENCEANDTECHNOLOGYINNOVA