基于MC9S12DG128單片機的智能車(chē)控制系統設計

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

2.3 傳感器電路設計

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

2.4 無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊設計

該智能車(chē)加裝了基于射頻收發(fā)芯片nRF403的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，并可在此基礎上實(shí)現MOD－BUS通信協(xié)議，這對測試智能車(chē)參數及程序調試很有幫助。在運行的過(guò)程中，可以將智能車(chē)的各項參數實(shí)時(shí)發(fā)送上來(lái)，而分析智能車(chē)的運行狀態(tài)可以更有針對性地對控制程序進(jìn)行改進(jìn)。

3 軟件設計

本智能車(chē)控制系統的程序結構如圖5所示。這是一個(gè)兩層的分級控制系統。底層控制包括“轉向控制系統”和“車(chē)速控制系統”，上層主控程序則可通過(guò)改變底層控制系統的設定值、控制參數和約束條件，來(lái)對整個(gè)控制系統進(jìn)行調度。設計這種分層結構的控制系統是參照了集散控制系統DCS的結構特點(diǎn)，程序各部分功能明確、結構清晰，便于調試和維護。

本系統軟件所實(shí)現的功能主要是初始化、數據采集和濾波處理、道路識別、電機控制和舵機控制等。其中初始化主要是設置系統默認參數。其次是數據采集及濾波處理。為了盡量減少引入的純滯后時(shí)間，本文提出了一種獨具創(chuàng )新性的視頻信號采集方法。即用MC9S12DG128單片機提供的SPI口直接讀取經(jīng)過(guò)二值化處理的視頻信號。

至于電機控制。本系統是用單片機通過(guò)接收旋轉編碼器來(lái)檢測智能車(chē)后輪轉動(dòng)所產(chǎn)生的脈沖數，然后采用位置式PID控制算法的遞推形式對直流電機的轉速進(jìn)行快速準確地控制。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(shí)刻控制器的輸出；e(k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數、積分常數和微分常數。舵機控制也是用單片機通過(guò)CMOS攝像頭來(lái)檢測路徑信息，然后采用不完全微分PD控制算法來(lái)控制舵機的轉角，從而實(shí)現路徑跟蹤。

本文介紹了一種智能車(chē)控制系統的設計與實(shí)現方法。通過(guò)大量實(shí)驗測試證明，該智能車(chē)能快速平穩地在制作的賽道上跟蹤黑色引導線(xiàn)并行駛，而且尋跡效果良好，控制響應速度快，動(dòng)態(tài)性能良好，穩態(tài)誤差小，系統的穩定性和抗干擾能力強。