基于單片機的智能尋跡車設(shè)計
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智能車在高速行駛中如果突然轉(zhuǎn)向，會出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象。該系統(tǒng)設(shè)計采用ADXL202加速度傳感器判斷移動智能小車在行駛中是否出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象。ADXL202是美國ADI公司推出的低成本雙軸加速度傳感器，其外圍電路簡單．采用5 V供電，將加速度傳感器的輸出端9引腳和10引腳直接接到單片機的AN00，AN01引腳，通過計算輸出信號的占空比可
精確檢測軸向和橫向加速度。
2．7 轉(zhuǎn)向控制模塊
智能車使用韓國futaba公司的S3010舵機完成轉(zhuǎn)向控制。舵機控制信號由單片機的PWM模塊PWM0和PWMl聯(lián)合產(chǎn)生一個16位的PWM信號。由于舵機的轉(zhuǎn)角與脈沖寬度存在線性關(guān)系，改變PWM占空比可改變輸出脈沖的寬度。從而控制舵機轉(zhuǎn)向。將驅(qū)動舵機脈沖波型的周期從原來的20ms減小到10 ms，增加舵機控制信號的更新頻率，減少舵機控制環(huán)節(jié)中的延時，提高整個車模轉(zhuǎn)向控制速度。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的基本控制策略是根據(jù)CCD傳感器檢測到的路徑信息，車速檢測模塊檢測到的當(dāng)前車速信息和加速度傳感器檢測到的加速度信息，來控制舵機和直流驅(qū)動電機運動。
3．1 車速控制
為了提高機器人運行的穩(wěn)定性，采用PID算法實現(xiàn)直流電機的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，PID控制器的輸入量為給定轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的差值，采用增量式PID算法。
3．2 智能車平穩(wěn)性控制
為了避免智能車發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象，應(yīng)在智能車上安裝加速度傳感器，以檢測是否發(fā)生側(cè)滑。車速為v，轉(zhuǎn)向角為δ，車體質(zhì)量為m，軸距為l，當(dāng)理想轉(zhuǎn)向時，向心加速度為a，則a=mv2tanδ／l。當(dāng)加速度傳感器反饋回的實際加速度a*小于理論加速度a時(實際中應(yīng)當(dāng)保持一定的死區(qū))，表明智能車系統(tǒng)存在側(cè)滑現(xiàn)象。這時便命令智能移動小車減速，速度參考量為
3．3 舵機轉(zhuǎn)向控制
系統(tǒng)使用模糊控制算法控制智能車轉(zhuǎn)向。傳感器檢測的重點是轉(zhuǎn)向角誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)向角誤差相同時，不同的誤差變化率反映不同的軌道半徑，因此，該設(shè)計還檢測轉(zhuǎn)向角誤差變化率。當(dāng)誤差量很小，且誤差變化率不變時，則判定為智能小車正沿著引導(dǎo)線行駛，則機器人小車沿直線行進；若誤差變化率較大時，表明智能小車正在偏離引導(dǎo)線，此時，需對航向角做相應(yīng)調(diào)整。通過CCD圖像傳感器檢測白色地面上的黑線，根據(jù)返回的信號得出駕駛角誤差和誤差變化率，將CCD圖像傳感器視覺中心的誤差和誤差變化率作為控制器的輸入，分別用e和ec表示；輸出為駕駛角，用δ表示。模糊語言值分別選為：e：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB}；ec：{PB，PM，PS，Z0，NS，NM，NB}；δ：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB}。隸屬度函數(shù)采用三角形，如圖4所示。交疊系數(shù)β=(c1一a2)／(c2-b1)，取0．75。根據(jù)駕駛經(jīng)驗建立規(guī)則庫進行模糊推理后．利用重心法進行反模糊化得出舵機所要轉(zhuǎn)的角度。
3．4 智能車控制流程
設(shè)計中，程序初始化完成后便進入空閑模式，等待中斷發(fā)生。中斷包括車輪轉(zhuǎn)速計數(shù)器中斷、CCD圖像捕捉中斷和以10 ms為周期的定時器0中斷。驅(qū)動電機和舵機的PWM控制信號由單片機的PWM模塊自動產(chǎn)生，其定時器0的中斷服務(wù)程序如圖5所示。
4 結(jié)語
以MC9S12DGl28作為控制核心，設(shè)計自主尋跡的智能車控制系統(tǒng)，在檢測到智能車運動信息和道路信息的基礎(chǔ)上，采用模糊控制算法控制舵機轉(zhuǎn)向，通過轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)的方式控制直流電機。實驗證明：該智能車在白色的跑道上能沿著一定寬度任意弧度的黑色引導(dǎo)線以較快的速度平穩(wěn)地行駛，尋跡效果良好，速度和轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強，速度可以達到1．5 m／s，此方案已應(yīng)用于全國智能車大賽。
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