基于光電管路徑識(shí)別的智能車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能車(chē)系統(tǒng)將在未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演重要的角色。本文所述智能車(chē)尋跡系統(tǒng)采用紅外反射式光電管識(shí)別路徑上的黑線(xiàn)，并以最短的時(shí)間完成尋跡。通過(guò)加長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向，使用符合PI算法的控制器實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。為了使智能車(chē)快速、平穩(wěn)地行駛，系統(tǒng)必須把路徑識(shí)別、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制以及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制準(zhǔn)確地結(jié)合在一起。

1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件部分以飛思卡爾公司的16位微處理器MC9S12DG128為控制核心，由電源模塊、主控制器模塊、路徑識(shí)別模塊、車(chē)速檢測(cè)模塊、舵機(jī)控制模塊和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 主控制器模塊

本系統(tǒng)主控制器模塊采用的MC9S12DG128主要特點(diǎn)是功能高度集中，易于擴(kuò)展且支持C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，從而降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的復(fù)雜度。

1.2 電源模塊

本系統(tǒng)由7.2V/2000mAh的Ni-cd蓄電池組直接供電。鑒于單片機(jī)系統(tǒng)的核心作用，主控制器模塊采用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路進(jìn)行供電;為提高舵機(jī)響應(yīng)速度，將電源正極串接一個(gè)二極管后直接加在舵機(jī)上;電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886直接由電源供電。通過(guò)外圍電路整定，電源被分配給各個(gè)模塊。電源調(diào)節(jié)分配圖如圖2所示。

1.3 路徑識(shí)別模塊

路徑識(shí)別模塊采用收發(fā)一體的紅外反射式光電管JY043作為路徑的基本檢測(cè)元件。本系統(tǒng)選用11個(gè)JY043按“一”字形排列在20cm長(zhǎng)的電路板上，相鄰兩個(gè)光電管之間間隔2cm。因?yàn)槁窂杰壽E由黑線(xiàn)指示，落在黑線(xiàn)區(qū)域內(nèi)的光電二極管接收到的反射光線(xiàn)強(qiáng)度與白色的不同，所以根據(jù)檢測(cè)到黑線(xiàn)的光電管的位置可以判斷行車(chē)方向。光電傳感器尋跡的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、信號(hào)處理速度快。在不受外部因素影響的前提下，光電管能夠感知的前方距離越遠(yuǎn)，行駛效率越高，即智能車(chē)的預(yù)瞄性能越強(qiáng)。圖3為其硬件原理圖。