采用光電傳感器的智能車控制研究

在程序中建立兩個數組，一個存儲每次檢測到的信號，另一個存儲實施控制后的當前信號作為歷史數據。加入這種帶歷史紀錄判斷的思想后，使得控制更為精確[4]。

除了以上判斷法則之外，還有兩種情況需要考慮。即只有一個傳感器檢測到黑線的情況以及交叉賽道的情況。對于只有一個傳感器檢測到黑線的情況，同樣需要檢查上一時刻的傳感器信號，例如，某一時刻只有s6檢測到黑線，若上一時刻s5檢測到黑線，則車模左轉，若上一時刻s7檢測到黑線，則車模右轉。

對于交叉賽道的情況，則利用一種“濾波”的思想將其“濾”除掉。遇到交叉賽道時，必然會出現同一排幾個傳感器同時檢測到黑線的情況，此時就給模型車一個命令使其直線前進，將交叉賽道排除掉。

這就是本系統基于經驗邏輯判斷的循線控制算法，在此基礎上通過不斷實驗調整各個參數可達到較好的控制效果。

實驗結果

硬件設計

電機驅動電路

電機驅動采用mc33886作為驅動芯片，其原理如圖6所示。通過向in1、in2口送出pwm波來控制電機的正轉和反轉，正轉為智能車加速，反轉減速。改變pwm波的占空比，可控制電機的轉動速率[5]。

速度檢測電路

本文采用增量式光電編碼器來測量車速，其輸出脈沖的頻率正比于轉速，可以通過測量單位周期內脈沖個數或者脈沖周期得到脈沖的頻率，具有較高的精度。

電源變換電路

智能車系統配有7.2v的蓄電池，可直接為直流電機供電。單片機、光電傳感器和光電編碼器所需電壓為5v，伺服舵機為6v。這些電壓則由7.2v蓄電池調節得來。

單片機和光電編碼器通過穩壓芯片7805穩壓輸出5v電壓供電。光電傳感器數目多、功耗大，對電源穩定性要求更高，故單獨采用效率較高的芯片lm2575對它供電。給舵機供電的芯片選用的是低壓差可調輸出三端線性穩壓器lm1117，片上提供安全操作保護等功能。

軟件設計

軟件設計分模塊實現，其中主程序包括時鐘初始化、i/o口初始化、舵機電機初始化、采集信號和控制算法，程序流程見圖7。

實驗結果及其分析

程序開發過程中完全采用了組委會提供的s12核心開發板，它是由mc9s12dg128單片機構成的最小系統。mc9s12dg128屬于hcs12系列單片機，是motorola推出的高性能16位微控制器。它能夠提供32-512kb的第三代快閃嵌入式存儲器，總線速度可達50mhz，外圍時鐘可達25mhz。還具備編碼效益、片上糾錯能力，并與mc68hc11和mc68hc12結構編碼向上兼容。mc9s12dg128單片機具有112個引腳，其中與cpu相關的引腳都是兼容的。

s12開發板上有構成最小系統的復位電路、晶體振蕩器及時鐘電路，串行接口的rs-232驅動電路，+5v電源插座。單片機中已經寫入了開發的監控程序。8個小燈用于調試應用系統。單片機的所有i/o端口都通過兩個64芯的歐式插頭引出。

硬件調試時，分別對各模塊功能進行測試，重點調節光電傳感器，它感知黑白線時輸出信號應不同，感知白線時經過比較器輸出為低電平，感知黑線時輸出為高電平。軟件調試時，可利用bdm開發工具，顯示單片機運行時其內部存儲器中的數據。

通過硬件軟件的聯合調試和實驗，出現了一些問題，但通過對程序的完善和車模的重新裝配后效果大大改善。最終車模可在跑道上循線運行，但仍存在功耗較大，轉向延時等問題。

結語

本文基于自動控制原理，利用探路模塊的道路偏差信號使智能車實現尋跡跟蹤，利用pwm技術控制電機的轉速和舵機的轉向。

本文重點介紹了光電傳感器的排布“w”形布局以及循線控制算法，它們是保證智能車循線運行的關鍵。“w”形布局使智能車具備了道路預測能力，而循線控制算法使得車體轉向快速正確。

通過對智能車仿真和實驗表明，整個系統的方案可行，系統的控制策略和軟硬件基本合理。控制方面，雖然經典的pid控制在電機調速方面有良好的控制效果，但由于車模的動力學模型因車況不同而變化等原因，使得pid控制效果受到影響，以后可考慮采用模糊控制，使算法更加智能化，系統的適應性更強。