MC9S12DG128的路徑識(shí)別的智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.6 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)中，直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊由RS-380SH型直流電機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886及MC9S12DG128單片機(jī)組成。

功率驅(qū)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(tǒng)采用了其中兩組用于增強(qiáng)單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。

其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886是單片集成的H橋元件，它適用于驅(qū)動(dòng)小馬力直流電機(jī)，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(hào)控制輸入端，OUTl、OUT2為輸出端。由于智能車從直道高速進(jìn)彎時(shí)需通過緊急降速來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)必須能夠產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩。因此本系統(tǒng)選擇了MC233886的全橋工作方式。

當(dāng)需要智能車減速時(shí)，PI控制器計(jì)算值為負(fù)，令PWM5輸出的PWM信號(hào)占空比為零，PWM3輸出的PWM信號(hào)占空比與計(jì)算值的絕對(duì)值相同，并且計(jì)算值越負(fù)，OUT2的電平高出OUT1越多，電機(jī)有反轉(zhuǎn)趨勢(shì)。反之，當(dāng)需要智能車加速時(shí)，PI控制器計(jì)算值為正，PWM3輸出的PWM信號(hào)占空比為零，PWM5輸出的PWM信號(hào)占空比與計(jì)算值的絕對(duì)值相同，計(jì)算值越大，OUTl的電平高出OUT2越多，電機(jī)有正轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制方案是根據(jù)路徑識(shí)別模塊和車速檢測(cè)模塊所獲得的當(dāng)前路徑和車速信息，控制舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，從而調(diào)整智能車的行駛方向和速度。圖7為系統(tǒng)程序流程圖。

智能模型車的路徑搜索算法(Line Searching Algorithm)是智能車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分。本系統(tǒng)路徑搜索算法采用簡(jiǎn)單的switch語句，根據(jù)檢測(cè)到黑線的光電管的位置判斷舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度，同時(shí)給出相應(yīng)的速度控制信號(hào)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

智能車路徑識(shí)別的關(guān)鍵在于快速地判斷彎道并快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)。智能車行進(jìn)過程中，從長(zhǎng)直道進(jìn)入連續(xù)彎道時(shí)，由于曲率變化很小，此時(shí)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值較大，加之舵機(jī)響應(yīng)時(shí)間的限制，智能車極易脫離軌跡。采用加長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂的舵機(jī)及合理的路徑搜索算法，可以增強(qiáng)智能車對(duì)軌跡的跟隨性能。其中，粗線為所尋跡的黑線，細(xì)線為智能車實(shí)際運(yùn)行軌跡。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于飛思卡爾微處理器MC9S12DG128的智能車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)尋跡功能。在硬件上，該系統(tǒng)采用MC9S12DG128B單片機(jī)為控制核心，協(xié)調(diào)電源模塊、路徑識(shí)別模塊、車速檢測(cè)模塊、舵機(jī)控制模塊及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊的工作；在控制算法上，采用路徑搜索算法和類PI控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車的舵機(jī)轉(zhuǎn)角和電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。此外，系統(tǒng)還完成了對(duì)加長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂舵機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)與車速的配合控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該智能車系統(tǒng)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)性能良好，整體控制性能良好。