一項基于光電管路徑識別的智能車(chē)系統設計

　　1.4 車(chē)速檢測模塊

　　車(chē)速檢測模塊采用韓國Autonics公司的E30S-360-3-2型旋轉編碼器作為車(chē)速檢測器件。該旋轉編碼器硬件電路簡(jiǎn)單、信號采集速度快，360線(xiàn)的精度足以滿(mǎn)足PI控制算法調節的需要。旋轉編碼器與直流驅動(dòng)電機通過(guò)齒數為1:1的兩齒輪連接在一起，所以智能車(chē)車(chē)輪轉動(dòng)一圈即可以用360個(gè)脈沖表示。因此一定時(shí)間內單片機累加器獲得的脈沖數值可以用來(lái)表示車(chē)速，并可直接作為控制器參數。圖4為車(chē)速檢測模塊硬件電路圖。

　　1.5 舵機控制模塊

　　本系統使用SANWASRM102型舵機完成智能車(chē)轉向。舵機屬于位置伺服電機，控制信號是MC9S12DG128單片機產(chǎn)生的PWM信號。舵機自身硬件特性決定：在給定電壓一定時(shí)，空載和帶載時(shí)的角速度分別保持恒值，而線(xiàn)速度，正比于轉臂的長(cháng)度R。當舵機所需轉動(dòng)幅度一定時(shí)，長(cháng)轉臂要比短轉臂轉動(dòng)的角度小，即響應更快。如圖5所示，對于轉臂1和2，當R1。因此對于相同的角速度，可得轉臂響應時(shí)間t1>t2。顯然利用舵機的轉距余量可以提高系統整體的響應速度。

　　智能車(chē)在行駛過(guò)程中，舵機的響應時(shí)間決定著(zhù)系統的穩定性及快速性。為了減小舵機的時(shí)滯現象，充分利用舵機的轉矩余量，本系統采用了以下三種方法：

　?。?）提高舵機工作電壓，使其工作在額定電壓之上，從而減小舵機的響應時(shí)間；

　?。?）將舵機轉臂加長(cháng)至3.5cm，充分利用轉矩余量；

　?。?）將兩個(gè)8位PWM寄存器合并為一個(gè)16位PWM寄存器，將舵機的PWM控制周期放大至2000，從而細化PWM控制量，使轉臂變化更加靈活、均勻。

　　1.6 直流驅動(dòng)電機控制模塊

　　本系統中，直流驅動(dòng)電機控制模塊由RS-380SH型直流電機、功率驅動(dòng)芯片ULN2003、電機驅動(dòng)芯片MC33886及MC9S12DG128微處理器組成。

　　功率驅動(dòng)芯片ULN2003為單片高電流增益雙極型大功率高速集成電路，本系統采用了其中兩組用于增強單片機輸出的PWM信號的驅動(dòng)能力。

　　圖6為直流驅動(dòng)電機硬件控制電路圖。

　　其中，電機驅動(dòng)芯片MC33886是單片集成的H橋元件，它適用于驅動(dòng)小馬力直流電機，并且有單橋和雙橋兩種控制方式。D1、D2為使能端，IN1、IN2為PWM信號控制輸入端，OUT1、OUT2為輸出端。由于智能車(chē)從直道高速進(jìn)彎時(shí)需通過(guò)緊急降速來(lái)保證系統的穩定，所以電機正轉時(shí)必須能夠產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩。因此本系統選擇了MC33886的全橋工作方式。

　　當需要智能車(chē)減速時(shí)，PI控制器計算值為負，令PWM5輸出的PWM信號占空比為零，PWM3輸出的PWM信號占空比與計算值的絕對值相同，并且計算值越負，OUT2的電平高出OUT1越多，電機有反轉趨勢。反之，當需要智能車(chē)加速時(shí)，PI控制器計算值為正，PWM3輸出的PWM信號占空比為零，PWM5輸出的PWM信號占空比與計算值的絕對值相同，計算值越大，OUT1的電平高出OUT2越多，電機有正轉趨勢。