基于16位單片機(jī)MC9S12DG128的智能車 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是初始化、數(shù)據(jù)采集和濾波處理、道路識(shí)別、電機(jī)控制和舵機(jī)控制等。其中初始化主要是設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)。其次是數(shù)據(jù)采集及濾波處理。為了盡量減少引入的純滯后時(shí)間，本文提出了一種獨(dú)具創(chuàng)新性的視頻信號(hào)采集方法。即用MC9S12DG128單片機(jī)提供的SPI口直接讀取經(jīng)過(guò)二值化處理的視頻信號(hào)。由于大賽規(guī)則中指定了賽道上黑色引導(dǎo)線的寬度為2．5厘米，故攝像頭中采集到的引導(dǎo)線寬度在正常情況下也應(yīng)當(dāng)落在一定范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)可以用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得引導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的像素寬度，然后在濾波程序中對(duì)采集到的引導(dǎo)線線寬進(jìn)行控制，如果超出正常范圍即認(rèn)為是無(wú)效數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)證明，這種方法可以有效地濾除干擾。智能車分層控制系統(tǒng)的核心是賽道的識(shí)別。實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于CMOS攝像頭的可視范圍比較小而且視野范圍呈梯形，且在快速運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常發(fā)生賽道部分可能全部脫離視野范圍的情況，給賽道識(shí)別帶來(lái)很大的困難，因此，完整賽道識(shí)別模式幾乎是不可能的。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，本方案只識(shí)別賽道中的直線段，并根據(jù)直線段的數(shù)量和長(zhǎng)度將賽道分割成不同的區(qū)域，然后在一個(gè)區(qū)域中對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
至于電機(jī)控制。本系統(tǒng)是用單片機(jī)通過(guò)接收旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)檢測(cè)智能車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，然后采用位置式PID控制算法的遞推形式對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行快速準(zhǔn)確地控制。位置式PID控制算法的遞推形式如下：
△u(k)=Kp[e(k)－e(k－1)]+Kixe(k)+Kd[e(k)－2e(k-1)+e(k-2)]，u(k)=u(k-1)+△u(k)
式中：u(k)為k時(shí)刻控制器的輸出；e(k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。舵機(jī)控制也是用單片機(jī)通過(guò)CMOS攝像頭來(lái)檢測(cè)路徑信息，然后采用不完全微分PD控制算法來(lái)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤。

4 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了一種智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，該智能車能快速平穩(wěn)地在制作的賽道上跟蹤黑色引導(dǎo)線并行駛，而且尋跡效果良好，控制響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能良好，穩(wěn)態(tài)誤差小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)。用本設(shè)計(jì)制作的智能車在2008年舉辦的全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽中取得了華北賽區(qū)二等獎(jiǎng)，充分證明了該設(shè)計(jì)方案的有效性和穩(wěn)定性。