基于智能車非勻速行駛記憶算法的研究和實現(xiàn)

　　摘要： 本文對基于非勻速行駛狀態(tài)下光電智能車的記憶算法進行了深入研究，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計、原始數(shù)據(jù)的記憶、數(shù)據(jù)處理和記憶算法的實現(xiàn)。實踐表明，使用記憶算法之后，由于對整個賽道有了超前的預(yù)知性，智能車的速度有了較大幅度的提高。隨著比賽賽道的長度和復(fù)雜程度的進一步加大，記憶算法正進一步地發(fā)揮著作用。

　　1、概述：

　　作者參加了第二屆“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能車比賽，在智能車設(shè)計和比賽過程中得到了一些經(jīng)驗和結(jié)果，特別是針對記憶算法進行了研究和不斷改進。按照競賽規(guī)定，智能車在以白板為背景、中間黑線作為引導(dǎo)線的賽道上自動行駛，在不駛離賽道的前提下，以行駛的速度快慢為比賽成績的好壞。因此必須使用采集系統(tǒng)將賽道信息采集后按照黑線行駛。比賽規(guī)則規(guī)定，在每輪比賽中每輛賽車在賽道上連續(xù)跑兩圈，以起始線為計時點，以用時短的一圈計單輪成績;每輛賽車以在兩個單輪成績中的較好成績?yōu)橘愜嚦煽儭１疚脑O(shè)計的賽車使用的采集系統(tǒng)為光電傳感器，光電傳感器只能采集當(dāng)前的黑白信息，采集距離有限，無法預(yù)測前方道路，因此，為了實現(xiàn)各種優(yōu)化算法，如轉(zhuǎn)彎走內(nèi)道、前方直線則預(yù)先加速、轉(zhuǎn)彎提前減速等方法，必須借助于記憶算法，預(yù)先知道前方道路信息，而比賽規(guī)則的制訂也為記憶算法的實現(xiàn)成為可能。

　　記憶算法的原理分兩部分，前一部分即第一圈采用邊行駛邊記憶道路信息。第二部分即第二圈按照記憶的數(shù)據(jù)就預(yù)先知道了前方的道路信息，從而可以實現(xiàn)各種優(yōu)化算法。通常情況下，為了實現(xiàn)記憶算法，必須記住第一圈行使時每一點的轉(zhuǎn)彎或直行信息，因此第一圈必須按照勻速行駛。為了更好地提高速度，本文采取第一圈就按照其他各類快速算法在非預(yù)先知道道路信息的情況下快速非勻速行駛，在行駛過程中按照特定的算法和數(shù)據(jù)格式存儲道路信息，第二圈在此基礎(chǔ)上按照預(yù)先記憶的道路信息實現(xiàn)更快地行使。這樣在第一圈時就達(dá)到了最佳速度，即使第二圈由于其他原因沖出賽道，也能得到很好的成績，而第二圈按照記憶算法和其他最佳算法的實現(xiàn)得到更快的速度。

　　2、硬件實現(xiàn)原理：

　　按照競賽的某些規(guī)定，本文設(shè)計了如圖1所示的硬件原理框圖。　　

　　其中主控CPU規(guī)定使用Freescale的MC9SDG128B，系統(tǒng)供電為7.2V電池。為了提高效率，除了為MCU、Hall測速傳感器和紅外傳感器提供5V供電外，系統(tǒng)中還由LM2596提供6V供電給舵機，使得舵機靈敏度提高，而電機直接使用7.2V電池供電。紅外傳感器采用一排13對紅外發(fā)射接收管，利用其接收的電平大小經(jīng)過MCU的ADC后由MCU判斷當(dāng)前黑線所處的位置，為了降低功耗，系統(tǒng)中還增加了MOS開關(guān)管，當(dāng)檢測某紅外傳感器時該傳感器供電打開，其余的則關(guān)閉，實驗證明，增加該功能后，系統(tǒng)功耗減小很大，原來開了幾圈后小車速度會因為電池供電不足而降速，而加了功率開關(guān)后開十幾圈都不會降速。

　　賽道中具有十字交叉路口，同時必須判斷起始(即終止線),因此智能車預(yù)先可以配置當(dāng)前賽道的總的十字交叉?zhèn)€數(shù)，同時通過軟件算法可以判斷出是否經(jīng)過世紀(jì)交叉口(起始終止線可以作為一個十字交叉線)。

　　系統(tǒng)運行時，按照紅外傳感器采集的信息可以判斷出當(dāng)前引導(dǎo)線的位置，即在小車的左邊、中間或右邊，偏離多少，MCU據(jù)此以及由Hall測速傳感器獲知的當(dāng)前小車的速度確定小車當(dāng)前的行為，主要控制舵機即小車的方向和電機即小車的速度。

　　3、軟件控制算法：

　　系統(tǒng)軟件控制主要包括兩部分，也即記憶算法的兩個過程，從行駛過程中看即第一圈和第二圈，其流程框圖如圖2所示。