一項基于光電管路徑識別的智能車系統(tǒng)設(shè)計

　　1.4 車速檢測模塊

　　車速檢測模塊采用韓國Autonics公司的E30S-360-3-2型旋轉(zhuǎn)編碼器作為車速檢測器件。該旋轉(zhuǎn)編碼器硬件電路簡單、信號采集速度快，360線的精度足以滿足PI控制算法調(diào)節(jié)的需要。旋轉(zhuǎn)編碼器與直流驅(qū)動電機(jī)通過齒數(shù)為1:1的兩齒輪連接在一起，所以智能車車輪轉(zhuǎn)動一圈即可以用360個脈沖表示。因此一定時間內(nèi)單片機(jī)累加器獲得的脈沖數(shù)值可以用來表示車速，并可直接作為控制器參數(shù)。圖4為車速檢測模塊硬件電路圖。

　　1.5 舵機(jī)控制模塊

　　本系統(tǒng)使用SANWASRM102型舵機(jī)完成智能車轉(zhuǎn)向。舵機(jī)屬于位置伺服電機(jī)，控制信號是MC9S12DG128單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號。舵機(jī)自身硬件特性決定：在給定電壓一定時，空載和帶載時的角速度分別保持恒值，而線速度，正比于轉(zhuǎn)臂的長度R。當(dāng)舵機(jī)所需轉(zhuǎn)動幅度一定時，長轉(zhuǎn)臂要比短轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動的角度小，即響應(yīng)更快。如圖5所示，對于轉(zhuǎn)臂1和2，當(dāng)R1。因此對于相同的角速度，可得轉(zhuǎn)臂響應(yīng)時間t1>t2。顯然利用舵機(jī)的轉(zhuǎn)距余量可以提高系統(tǒng)整體的響應(yīng)速度。

　　智能車在行駛過程中，舵機(jī)的響應(yīng)時間決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性及快速性。為了減小舵機(jī)的時滯現(xiàn)象，充分利用舵機(jī)的轉(zhuǎn)矩余量，本系統(tǒng)采用了以下三種方法：

　?。?）提高舵機(jī)工作電壓，使其工作在額定電壓之上，從而減小舵機(jī)的響應(yīng)時間；

　?。?）將舵機(jī)轉(zhuǎn)臂加長至3.5cm，充分利用轉(zhuǎn)矩余量；

　?。?）將兩個8位PWM寄存器合并為一個16位PWM寄存器，將舵機(jī)的PWM控制周期放大至2000，從而細(xì)化PWM控制量，使轉(zhuǎn)臂變化更加靈活、均勻。

　　1.6 直流驅(qū)動電機(jī)控制模塊

　　本系統(tǒng)中，直流驅(qū)動電機(jī)控制模塊由RS-380SH型直流電機(jī)、功率驅(qū)動芯片ULN2003、電機(jī)驅(qū)動芯片MC33886及MC9S12DG128微處理器組成。

　　功率驅(qū)動芯片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信號的驅(qū)動能力。

　　圖6為直流驅(qū)動電機(jī)硬件控制電路圖。

　　其中，電機(jī)驅(qū)動芯片MC33886是單片集成的H橋元件，它適用于驅(qū)動小馬力直流電機(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信號控制輸入端，OUT1、OUT2為輸出端。由于智能車從直道高速進(jìn)彎時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)時必須能夠產(chǎn)生反向制動力矩。因此本系統(tǒng)選擇了MC33886的全橋工作方式。

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