一種智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)方案

　　摘要：本文設(shè)計(jì)了一種智能循跡小車(chē)，以16位單片機(jī)MC9S12XS128為核心控制器，通過(guò)攝像頭采集道路軌跡信息，單片機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并采用PID控制算法調(diào)節(jié)智能循跡小車(chē)的行駛路徑。實(shí)驗(yàn)證明，該智能循跡小車(chē)能夠準(zhǔn)確快速地對(duì)道路軌道進(jìn)行辨識(shí)和跟蹤，具有適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好，速度快的優(yōu)點(diǎn)。

　　引言

　　智能車(chē)作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，融合了人工智能、自動(dòng)控制、電子電路、信號(hào)處理等許多高新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)小車(chē)自主駕駛技術(shù)展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)了一種能夠沿著道路軌跡自動(dòng)行駛的智能循跡小車(chē)。系統(tǒng)采用16位單片機(jī)MC9S12XS128^[1-2]對(duì)攝像頭采集的道路圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用PID控制調(diào)節(jié)小車(chē)行駛方向，使小車(chē)能夠沿著道路自主行駛，無(wú)須外界附加人工控制。

　　總體方案

　　本文設(shè)計(jì)的智能循跡小車(chē)方案如圖1所示。圖像采集模塊拍攝道路圖像并輸入到MC9S12XS128控制核心，進(jìn)行處理以獲得道路信息;通過(guò)光電編碼測(cè)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)速，并采用單片機(jī)的輸入捕捉功能進(jìn)行脈沖技術(shù)計(jì)算速度和路程;舵機(jī)轉(zhuǎn)向采用PD控制;電機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用PID控制，通過(guò)PWM控制驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整電機(jī)的功率;而車(chē)速的目標(biāo)值由默認(rèn)值、運(yùn)行安全監(jiān)控和基于圖像處理的優(yōu)化策略綜合控制。

　　同時(shí)，為了便于在調(diào)試階段對(duì)小車(chē)運(yùn)行信息進(jìn)行紀(jì)錄以及優(yōu)化控制算法，增加了無(wú)線通信模塊，方便與主機(jī)進(jìn)行調(diào)試信息傳輸。

　　硬件結(jié)構(gòu)

　　主控板采用MC9S12XS128最小系統(tǒng)板，板上主要由時(shí)鐘和復(fù)位電路構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)證明，MC9S12XS128可以穩(wěn)定工作在80MHz，相比于以51單片機(jī)為控制核心的方案而言^[3]，處理能力有較大提升。另外，最小系統(tǒng)板將I/O端口引出供各模塊使用。控制板主要由供電單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、攝像頭接口構(gòu)成。

　　供電單元

　　系統(tǒng)使用7.2V電池供電，電源經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出5V給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)、最小系統(tǒng)板和攝像頭部分供電。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用雙穩(wěn)壓源方案。即對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)等要求轉(zhuǎn)換效率較高的模塊采用LM2596開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓源供電，而最小系統(tǒng)板和攝像頭部分對(duì)電壓穩(wěn)定性要求較高，因而采用線性穩(wěn)壓源LM7805。LM2596和LM7805電源轉(zhuǎn)換電路分別如圖2和圖3所示。