基于視覺(jué)的智能尋跡車(chē)設計與實(shí)現

0 引 言
智能運輸系統是未來(lái)交通運輸系統發(fā)展的趨勢，智能汽車(chē)在智能運輸系統中扮演著(zhù)十分重要的角色。作者提出智能尋跡車(chē)作為構建未來(lái)智能交通運輸系統中重要部分，針對未來(lái)交通運輸系統有導航線(xiàn)的環(huán)境命題假設下智能汽車(chē)的自主尋跡問(wèn)題，提出一種基于視覺(jué)的智能尋跡車(chē)模設計方案，作為該假設問(wèn)題的解決方案。
基于視覺(jué)的智能尋跡車(chē)模設計方案能夠在線(xiàn)型復雜，轉彎半徑不確定性大的情況下，利用視覺(jué)自主尋跡前進(jìn)，分級精確轉向。

1 系統總體設計
基于視覺(jué)的智能尋跡車(chē)模系統以AVR單片機MEGAl6為核心，由單片機模塊、路徑識別模塊、直流電機驅動(dòng)模塊、舵機驅動(dòng)模塊等組成，如圖1所示。

直流電動(dòng)機為車(chē)輛的驅動(dòng)裝置，轉向電動(dòng)機用于控制車(chē)輛行駛方向。智能尋跡車(chē)模利用視覺(jué)在跑道上自主尋跡前進(jìn)，分級精確轉向。道路為318 mm寬白色底板，其中間粘貼18 mm寬且線(xiàn)型不斷變化的黑膠帶。

2 硬件設計
2．1 控制模塊
尋跡車(chē)模采用AVR內核的ATMEGAl6。該芯片能夠不需要外圍晶振和復位電路而獨立工作，非常適合智能尋跡車(chē)模的要求?？刂破髂K安裝在廣東奧迪玩具實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的雷速登1：24比賽級遙控車(chē)模上。
2．2 路徑識別模塊
采用反射式光電傳感器來(lái)區分跑道上的黑色與白色，反射式光電傳感器有光線(xiàn)發(fā)射端和光線(xiàn)接收端，白底與黑線(xiàn)對發(fā)射端發(fā)出光線(xiàn)的反射度不同，從而影響接收端產(chǎn)生的電壓。用反射式光電傳感器、可調電阻和運算放大器LM324組成傳感器模塊，如圖2 所示。實(shí)現在不同賽道上輸出高低電平，自主尋跡。
2．3 轉向電機和驅動(dòng)電機驅動(dòng)模塊
采用H橋電路來(lái)驅動(dòng)智能尋跡車(chē)的前輪轉向電機和后輪驅動(dòng)電機，實(shí)現智能尋跡車(chē)左右轉向、前進(jìn)、后退、加速、減速等功能。轉向電機驅動(dòng)電路如圖3所示。其中前輪轉向電機控制方案為分級轉向控制，后輪驅動(dòng)電機控制方案亦為開(kāi)環(huán)控制。

2．4 分級轉向模塊
為了實(shí)現在不同的轉彎半徑處實(shí)現不同角度的精確轉向，設計了分級轉向電路，如圖3所示。車(chē)模舵機中可變電阻阻值為1．8～4．2 kΩ，1接單片機A／D管腳。電壓V為片內穩定基準電壓，且可以看出：

以1號傳感器為例，說(shuō)明分級轉向角度計算。
傳感器模塊安裝如圖4所示，所有尺寸經(jīng)過(guò)前期設計計算，D點(diǎn)為前輪舵機可調電阻轉向中心，A點(diǎn)為小車(chē)轉向中心。當1號傳感器檢測到黑線(xiàn)時(shí)，前輪轉向角度以及與前輪轉向角度對應的前輪舵機中可變電阻轉向角度計算為：