基于16位單片機MC9S12DG128的智能車 控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)軟件所實現(xiàn)的功能主要是初始化、數(shù)據(jù)采集和濾波處理、道路識別、電機控制和舵機控制等。其中初始化主要是設置系統(tǒng)默認參數(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間，本文提出了一種獨具創(chuàng)新性的視頻信號采集方法。即用MC9S12DG128單片機提供的SPI口直接讀取經過二值化處理的視頻信號。由于大賽規(guī)則中指定了賽道上黑色引導線的寬度為2．5厘米，故攝像頭中采集到的引導線寬度在正常情況下也應當落在一定范圍內。設計時可以用實驗的方法測得引導線對應的像素寬度，然后在濾波程序中對采集到的引導線線寬進行控制，如果超出正常范圍即認為是無效數(shù)據(jù)。
實驗證明，這種方法可以有效地濾除干擾。智能車分層控制系統(tǒng)的核心是賽道的識別。實際測試發(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，且在快速運動中經常發(fā)生賽道部分可能全部脫離視野范圍的情況，給賽道識別帶來很大的困難，因此，完整賽道識別模式幾乎是不可能的。為了簡化問題，本方案只識別賽道中的直線段，并根據(jù)直線段的數(shù)量和長度將賽道分割成不同的區(qū)域，然后在一個區(qū)域中對控制參數(shù)進行優(yōu)化。
至于電機控制。本系統(tǒng)是用單片機通過接收旋轉編碼器來檢測智能車后輪轉動所產生的脈沖數(shù)，然后采用位置式PID控制算法的遞推形式對直流電機的轉速進行快速準確地控制。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時刻控制器的輸出；e(k)為k時刻的偏差；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)。舵機控制也是用單片機通過CMOS攝像頭來檢測路徑信息，然后采用不完全微分PD控制算法來控制舵機的轉角，從而實現(xiàn)路徑跟蹤。

4 結束語
本文介紹了一種智能車控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法。通過大量實驗測試證明，該智能車能快速平穩(wěn)地在制作的賽道上跟蹤黑色引導線并行駛，而且尋跡效果良好，控制響應速度快，動態(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。用本設計制作的智能車在2008年舉辦的全國大學生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽中取得了華北賽區(qū)二等獎，充分證明了該設計方案的有效性和穩(wěn)定性。