一種基于MC9S12XS128單片機的多功能智能小車(chē)設計

　　經(jīng)過(guò)分析和驗證后發(fā)現，對于智能車(chē)而言，由于行駛路徑具有一定的連續性，并不需要逐行采集圖像，間隔若干行采集就可較好地獲取路徑信息。那么在圖像采集的同時(shí)就可以進(jìn)行數據的處理和優(yōu)化，這種方法的優(yōu)勢在于：把圖像處理嵌入到圖像采集的過(guò)程中，有效解決了單片機處理圖像信號能力不足的缺陷。

　　3.2 轉向舵機的PID控制算法

　　系統通過(guò)把測得的路面函數與已知函數進(jìn)行對比，判斷出前方道路的類(lèi)型。因此根據黑線(xiàn)位置動(dòng)態(tài)改變PID參數，就得到了較好的控制效果。

　　為了提高智能小車(chē)在直道或者小彎道的前進(jìn)速度，系統采用了與大彎道不同的控制算法：利用圖像中路面兩側的面積比控制舵機的轉向角。這種算法的優(yōu)勢在于：由于圖像信息是數字矩陣，單片機可以非常迅速的完成面積的計算，利用面積比作為參量控制小車(chē)轉向角，縮短了數據處理時(shí)間，提高了行駛速度。

　　3.3 驅動(dòng)電機的PID控制算法

　　對于速度控制，采用了增量式PID控制算法，基本思想是直道加速，彎道減速。經(jīng)過(guò)反復調試，將每場(chǎng)圖像得到的黑線(xiàn)位置與速度PID參考速度值構成二次曲線(xiàn)關(guān)系。在實(shí)際測試中，小車(chē)直道和彎道相互過(guò)渡時(shí)加減速比較靈敏，與舵機轉向控制配合得較好。

　　4 系統調試

　　作為整個(gè)智能小車(chē)系統的核心，圖像采集模塊必須經(jīng)過(guò)嚴格的測試以確保其可靠性。智能小車(chē)完成行進(jìn)后，通過(guò)串口調試工具提取出儲存的路面數字圖像信息，如圖5所示。

　　此外，攝像頭的安裝位置也直接影響著(zhù)小車(chē)的性能，為了能更好的掌握前方路徑信息，以便讓單片機提前做好控制量的計算，應盡量讓攝像頭看得更遠。采用隔行處理數據和直道獨立優(yōu)化的算法極大提高了單片機的處理能力，每行圖像采集點(diǎn)增加到120個(gè)，成功地增大了CMOS攝像頭采集圖像的視野寬度。在綜合考慮了道路反光的影響后，適當增加了視場(chǎng)長(cháng)度(視場(chǎng)最遠處和最近處的距離)，達到1.40 m，最遠前瞻達到1.60 m，足以覆蓋各種路面類(lèi)型。智能車(chē)系統的整體實(shí)現如圖6所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　文中介紹了CMOS攝像頭智能小車(chē)的總體設計方案，從系統的架構設計，硬件設計，軟件設計和系統調試4個(gè)部分詳細介紹了智能小車(chē)的設計方案和一些創(chuàng )新之處。經(jīng)過(guò)測試，該系統能夠做到高效、準確、實(shí)時(shí)地采集圖像，具備良好的抗干擾能力，能夠有效的為小車(chē)的決策系統提供較為準確的輸入，可以在復雜的路徑上自主、快速行進(jìn)。同時(shí)也為將來(lái)的廉價(jià)導航系統提供了軟硬件架構的解決方案。

　　未來(lái)，通過(guò)研究帶有網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接的多傳感器、多處理器的綜合導航系統，可以為自動(dòng)駕駛、智能導航、搶險救災提供更加豐富的解決方案，使智能汽車(chē)在生活中得到更廣泛的應用。