基于智能車(chē)非勻速行駛記憶算法的研究和實(shí)現

　　摘要： 本文對基于非勻速行駛狀態(tài)下光電智能車(chē)的記憶算法進(jìn)行了深入研究，詳細介紹了系統硬件設計、原始數據的記憶、數據處理和記憶算法的實(shí)現。實(shí)踐表明，使用記憶算法之后，由于對整個(gè)賽道有了超前的預知性，智能車(chē)的速度有了較大幅度的提高。隨著(zhù)比賽賽道的長(cháng)度和復雜程度的進(jìn)一步加大，記憶算法正進(jìn)一步地發(fā)揮著(zhù)作用。

　　1、概述：

　　作者參加了第二屆“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能車(chē)比賽，在智能車(chē)設計和比賽過(guò)程中得到了一些經(jīng)驗和結果，特別是針對記憶算法進(jìn)行了研究和不斷改進(jìn)。按照競賽規定，智能車(chē)在以白板為背景、中間黑線(xiàn)作為引導線(xiàn)的賽道上自動(dòng)行駛，在不駛離賽道的前提下，以行駛的速度快慢為比賽成績(jì)的好壞。因此必須使用采集系統將賽道信息采集后按照黑線(xiàn)行駛。比賽規則規定，在每輪比賽中每輛賽車(chē)在賽道上連續跑兩圈，以起始線(xiàn)為計時(shí)點(diǎn)，以用時(shí)短的一圈計單輪成績(jì);每輛賽車(chē)以在兩個(gè)單輪成績(jì)中的較好成績(jì)?yōu)橘愜?chē)成績(jì)。本文設計的賽車(chē)使用的采集系統為光電傳感器，光電傳感器只能采集當前的黑白信息，采集距離有限，無(wú)法預測前方道路，因此，為了實(shí)現各種優(yōu)化算法，如轉彎走內道、前方直線(xiàn)則預先加速、轉彎提前減速等方法，必須借助于記憶算法，預先知道前方道路信息，而比賽規則的制訂也為記憶算法的實(shí)現成為可能。

　　記憶算法的原理分兩部分，前一部分即第一圈采用邊行駛邊記憶道路信息。第二部分即第二圈按照記憶的數據就預先知道了前方的道路信息，從而可以實(shí)現各種優(yōu)化算法。通常情況下，為了實(shí)現記憶算法，必須記住第一圈行使時(shí)每一點(diǎn)的轉彎或直行信息，因此第一圈必須按照勻速行駛。為了更好地提高速度，本文采取第一圈就按照其他各類(lèi)快速算法在非預先知道道路信息的情況下快速非勻速行駛，在行駛過(guò)程中按照特定的算法和數據格式存儲道路信息，第二圈在此基礎上按照預先記憶的道路信息實(shí)現更快地行使。這樣在第一圈時(shí)就達到了最佳速度，即使第二圈由于其他原因沖出賽道，也能得到很好的成績(jì)，而第二圈按照記憶算法和其他最佳算法的實(shí)現得到更快的速度。

　　2、硬件實(shí)現原理：

　　按照競賽的某些規定，本文設計了如圖1所示的硬件原理框圖?！　?/p>

　　其中主控CPU規定使用Freescale的MC9SDG128B，系統供電為7.2V電池。為了提高效率，除了為MCU、Hall測速傳感器和紅外傳感器提供5V供電外，系統中還由LM2596提供6V供電給舵機，使得舵機靈敏度提高，而電機直接使用7.2V電池供電。紅外傳感器采用一排13對紅外發(fā)射接收管，利用其接收的電平大小經(jīng)過(guò)MCU的ADC后由MCU判斷當前黑線(xiàn)所處的位置，為了降低功耗，系統中還增加了MOS開(kāi)關(guān)管，當檢測某紅外傳感器時(shí)該傳感器供電打開(kāi)，其余的則關(guān)閉，實(shí)驗證明，增加該功能后，系統功耗減小很大，原來(lái)開(kāi)了幾圈后小車(chē)速度會(huì )因為電池供電不足而降速，而加了功率開(kāi)關(guān)后開(kāi)十幾圈都不會(huì )降速。

　　賽道中具有十字交叉路口，同時(shí)必須判斷起始(即終止線(xiàn)),因此智能車(chē)預先可以配置當前賽道的總的十字交叉個(gè)數，同時(shí)通過(guò)軟件算法可以判斷出是否經(jīng)過(guò)世紀交叉口(起始終止線(xiàn)可以作為一個(gè)十字交叉線(xiàn))。

　　系統運行時(shí)，按照紅外傳感器采集的信息可以判斷出當前引導線(xiàn)的位置，即在小車(chē)的左邊、中間或右邊，偏離多少，MCU據此以及由Hall測速傳感器獲知的當前小車(chē)的速度確定小車(chē)當前的行為，主要控制舵機即小車(chē)的方向和電機即小車(chē)的速度。

　　3、軟件控制算法：

　　系統軟件控制主要包括兩部分，也即記憶算法的兩個(gè)過(guò)程，從行駛過(guò)程中看即第一圈和第二圈，其流程框圖如圖2所示?！　?/p>