采用光電傳感和路徑記憶的智能車導航系統設計

基于路徑記憶算法的轉向及驅動控制策略，在電源管理、噪聲抑制、驅動優化等方面也都進行了研究工作，通過大量的仿真試驗、道路試驗和基礎性能測試，開發了基于光電傳感和路徑記憶的智能車導航系統，為整車系統的優良性能奠定了堅實基礎。本文將從該智能車總體方案、路徑識別方案選擇、轉向和驅動控制及路徑記憶算法等方面進行介紹。

智能車總體方案

智能車系統以飛思卡爾公司的MC68S912DP256為核心，由電源模塊、傳感器模塊、直流電機驅動模塊、轉向電機控制模塊、控制參數選擇模塊、單片機模塊等組成，如圖1所示。智能車系統工作電壓由+1.6V、+5V、7.2V三個系統混合組成，其中7.2V用于給驅動電機和轉向舵機供電，5V給車速傳感器、MCU以及光電傳感器接收管供電，1.6V給發光管供電。為了在線控制參數的調整方便，還設置了一個控制參數選擇模塊，可以通過幾個按鍵的設置，調用不同的程序或控制參數，以適應不同場地條件的要求。



圖1 智能車總體結構

智能車的工作模式是：光電傳感器探測賽道信息，轉速傳感器檢測當前車速，電池電壓監測電路檢測電池電壓，并將這些信息輸入單片機進行處理。通過控制算法對賽車發出控制命令，通過轉向舵機和驅動電機對賽車的運動軌跡和速度進行實時控制。

想要取得智能車比賽的好成績，模型車底盤參數優化和硬件設備的可靠性是非常重要的。其中，前輪定位參數優化、轉向舵機力臂增大和底盤重心位置調整對于車模的機械性能有著較大的影響。底盤參數的優化參見，本文不贅述。

路徑識別方案選擇與電路設計

路徑識別方案是首先需要確定的，主要有以下幾個問題。

*光電識別還是攝像頭識別；
*傳感器如何排列？間隔多大、形狀如何、單排還是雙排；
*傳感器可向前探測的遠度；
*傳感器信號采用數字式還是模擬式；
*電路上如何實現。

由于光電識別方案簡單可靠，因此本文采用了光電識別方案。

數字式光電識別與模擬式光電識別

比賽組委會要求傳感器個數最多為16個，除掉1個轉速傳感器，可用于探測路徑的傳感器為15個，而傳感器允許布置的總寬度為25cm，如果采用數字式光電傳感器均勻分布，對道路的探測精度只能達到17mm左右，這樣賽車在前進過程中很難達到很高的控制精度和響應速度。從本質上講，數字式光電傳感器的劣勢就在于它丟掉了路徑探測中的大量信息。

模擬式光電傳感器從理論上可以大大提高路徑探測精度。模擬式光電傳感器的發光和接收都是錐角一定的圓錐形空間，其電壓大小與傳感器距離黑色路徑標記線的水平距離有定量關系：離黑線越近，電壓越低，離黑線越遠，則電壓越高(具體的對應關系與光電管型號以及離地高度有關)，如圖2所示。



圖2 傳感器電壓與偏移距離關系示意圖