基于PID控制算法的智能小車設(shè)計方案

　　0 引言

　　輪式小車是智能小車機械結(jié)構(gòu)的主體部分，由車身、輪子、速度傳感器、轉(zhuǎn)動軸等結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成。還包括提供動力的驅(qū)動器，采集環(huán)境信息的攝像頭等模塊，綜合實現(xiàn)收集小車的自身狀態(tài)信息或外部環(huán)境信息，并對傳感器的數(shù)據(jù)進行分析、融合，動態(tài)調(diào)整小車的運動狀態(tài)，實現(xiàn)在一定條件下的自主尋跡行駛。

　　本智能車采用PID控制算法，使用CCD線型攝像頭作為黑色引導線的檢測設(shè)備，經(jīng)LM393比較后供單片機進行數(shù)據(jù)采集，圖像識別，從而可以進行路徑識別。電機驅(qū)動采用的是PC33886，使用直射型光電傳感器來測量速度，并將相關(guān)信息顯示在LCD液晶顯示屏上，并采用4個按鈕按鍵進行參數(shù)設(shè)定，為現(xiàn)場調(diào)試提供了友好的人機交互界面。

　　1 系統(tǒng)框架設(shè)計

　　整個車模系統(tǒng)可以分為三大部分：環(huán)境圖像采集部分、電機和舵機驅(qū)動部分、中央數(shù)據(jù)處理部分，且采用16位微控器MC9S12DGl28B作為核心控制單元，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　智能車的動力部分使用的是常見的小型永磁式直流電機。這種電動機的驅(qū)動電路非常成熟，既有分離元件組成的驅(qū)動器，也有一體化的功率集成驅(qū)動芯片可供選用。

　　智能汽車最重要的部件，也就是智能汽車的大腦——中央處理系統(tǒng)。它不僅負責將環(huán)境圖像采集部分送來的圖像數(shù)據(jù)進行處理，還要將這些信息轉(zhuǎn)化成為電機的驅(qū)動控制信號，使整車按照預定的規(guī)則前行，這就要求該系統(tǒng)具有龐大的數(shù)據(jù)處理能力。

　　2 路面檢測模塊

　　2.1 路面檢測方案比較及可行性分析

　　環(huán)境圖像采集部分可以采用陣列紅外探頭和CCD或CMOS圖像傳感器來實現(xiàn)，前者的特點是價格低廉、電路簡單、應用方便，缺點是性能有限，對復雜環(huán)境的適應能力較弱，效果較差。而CCD或COMS圖像傳感器(攝像頭)就能彌補陣列紅外探頭的各種缺點。

　　為了能快速采集圖像數(shù)據(jù)并且兼顧開發(fā)的難易程度，在此次設(shè)計中將采用輸出標準TV視頻信號的黑白監(jiān)控攝像頭。這種攝像頭可以配合行、場同步信號分離電路和單片機自身的A/D轉(zhuǎn)換電路，可以將圖像方便地采集進來，從而回避數(shù)字型攝像頭復雜的總線協(xié)議和數(shù)據(jù)處理過程。

　　2.2 硬件設(shè)計

　　LM1881視頻同步信號分離芯片可以從攝像頭信號中提取信號的時序信息，LM1881的同步分離電路如圖2所示。

　　引腳2為視頻信號輸入端，攝像頭信號即由此輸入LM1881，引腳3為場同步信號輸出端，當攝像頭信號的場同步脈沖到來時，該端將變?yōu)榈碗娖?，一般維持 230μs，然后重新變回高電平，引腳7為奇一偶場同步信號輸出端，當攝像頭信號處于奇場時，該端為高電平，當處于偶場時，為低電平。奇一偶場的交替處與場同步信號的下降沿同步，也就是和場同步脈沖后的上升沿同步。