一種智能循跡小車設(shè)計方案

　　摘要：本文設(shè)計了一種智能循跡小車，以16位單片機MC9S12XS128為核心控制器，通過攝像頭采集道路軌跡信息，單片機對圖像數(shù)據(jù)進行處理并采用PID控制算法調(diào)節(jié)智能循跡小車的行駛路徑。實驗證明，該智能循跡小車能夠準確快速地對道路軌道進行辨識和跟蹤，具有適應(yīng)性強，實時性好，速度快的優(yōu)點。

　　引言

　　智能車作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，融合了人工智能、自動控制、電子電路、信號處理等許多高新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對小車自主駕駛技術(shù)展開研究，設(shè)計了一種能夠沿著道路軌跡自動行駛的智能循跡小車。系統(tǒng)采用16位單片機MC9S12XS128^[1-2]對攝像頭采集的道路圖像數(shù)據(jù)進行處理，采用PID控制調(diào)節(jié)小車行駛方向，使小車能夠沿著道路自主行駛，無須外界附加人工控制。

　　總體方案

　　本文設(shè)計的智能循跡小車方案如圖1所示。圖像采集模塊拍攝道路圖像并輸入到MC9S12XS128控制核心，進行處理以獲得道路信息;通過光電編碼測速傳感器來檢測車速，并采用單片機的輸入捕捉功能進行脈沖技術(shù)計算速度和路程;舵機轉(zhuǎn)向采用PD控制;電機轉(zhuǎn)速控制采用PID控制，通過PWM控制驅(qū)動電路調(diào)整電機的功率;而車速的目標值由默認值、運行安全監(jiān)控和基于圖像處理的優(yōu)化策略綜合控制。

　　同時，為了便于在調(diào)試階段對小車運行信息進行紀錄以及優(yōu)化控制算法，增加了無線通信模塊，方便與主機進行調(diào)試信息傳輸。

　　硬件結(jié)構(gòu)

　　主控板采用MC9S12XS128最小系統(tǒng)板，板上主要由時鐘和復(fù)位電路構(gòu)成。實驗證明，MC9S12XS128可以穩(wěn)定工作在80MHz，相比于以51單片機為控制核心的方案而言^[3]，處理能力有較大提升。另外，最小系統(tǒng)板將I/O端口引出供各模塊使用。控制板主要由供電單元、電機驅(qū)動模塊、攝像頭接口構(gòu)成。

　　供電單元

　　系統(tǒng)使用7.2V電池供電，電源經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出5V給電機驅(qū)動模塊、舵機、最小系統(tǒng)板和攝像頭部分供電。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用雙穩(wěn)壓源方案。即對于電機驅(qū)動模塊、舵機等要求轉(zhuǎn)換效率較高的模塊采用LM2596開關(guān)穩(wěn)壓源供電，而最小系統(tǒng)板和攝像頭部分對電壓穩(wěn)定性要求較高，因而采用線性穩(wěn)壓源LM7805。LM2596和LM7805電源轉(zhuǎn)換電路分別如圖2和圖3所示。