基于MC9S12DG128單片機(jī)的智能車控制系統(tǒng)設(shè)計

本方案采用了兩片MC33886并聯(lián)，直流電機(jī)驅(qū)動模塊的電路原理圖如圖4所示。

2.3 傳感器電路設(shè)計

本智能車采用CMOS攝像頭作為圖像傳感器，以保證賽道信息采集的準(zhǔn)確有效。CMOS攝像頭的輸出信號是PAL制式的復(fù)合全電視信號，每秒輸出50幀(分為偶場和奇場)。

2.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計

該智能車加裝了基于射頻收發(fā)芯片nRF403的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，并可在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)MOD－BUS通信協(xié)議，這對測試智能車參數(shù)及程序調(diào)試很有幫助。在運(yùn)行的過程中，可以將智能車的各項參數(shù)實(shí)時發(fā)送上來，而分析智能車的運(yùn)行狀態(tài)可以更有針對性地對控制程序進(jìn)行改進(jìn)。

3 軟件設(shè)計

本智能車控制系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)如圖5所示。這是一個兩層的分級控制系統(tǒng)。底層控制包括“轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)”和“車速控制系統(tǒng)”，上層主控程序則可通過改變底層控制系統(tǒng)的設(shè)定值、控制參數(shù)和約束條件，來對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。設(shè)計這種分層結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)是參照了集散控制系統(tǒng)DCS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，程序各部分功能明確、結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和維護(hù)。

本系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是初始化、數(shù)據(jù)采集和濾波處理、道路識別、電機(jī)控制和舵機(jī)控制等。其中初始化主要是設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)。其次是數(shù)據(jù)采集及濾波處理。為了盡量減少引入的純滯后時間，本文提出了一種獨(dú)具創(chuàng)新性的視頻信號采集方法。即用MC9S12DG128單片機(jī)提供的SPI口直接讀取經(jīng)過二值化處理的視頻信號。

至于電機(jī)控制。本系統(tǒng)是用單片機(jī)通過接收旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測智能車后輪轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，然后采用位置式PID控制算法的遞推形式對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行快速準(zhǔn)確地控制。位置式PID控制算法的遞推形式如下：

△u(k)=Kp[e(k)－e(k－1)]+Kixe(k)+Kd[e(k)－2e(k-1)+e(k-2)]，u(k)=u(k-1)+△u(k)

式中：u(k)為k時刻控制器的輸出；e(k)為k時刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。舵機(jī)控制也是用單片機(jī)通過CMOS攝像頭來檢測路徑信息，然后采用不完全微分PD控制算法來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤。

本文介紹了一種智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)方法。通過大量實(shí)驗(yàn)測試證明，該智能車能快速平穩(wěn)地在制作的賽道上跟蹤黑色引導(dǎo)線并行駛，而且尋跡效果良好，控制響應(yīng)速度快，動態(tài)性能良好，穩(wěn)態(tài)誤差小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)。