基于智能車非勻速行駛記憶算法的研究和實(shí)現(xiàn)

　　摘要： 本文對(duì)基于非勻速行駛狀態(tài)下光電智能車的記憶算法進(jìn)行了深入研究，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、原始數(shù)據(jù)的記憶、數(shù)據(jù)處理和記憶算法的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明，使用記憶算法之后，由于對(duì)整個(gè)賽道有了超前的預(yù)知性，智能車的速度有了較大幅度的提高。隨著比賽賽道的長(zhǎng)度和復(fù)雜程度的進(jìn)一步加大，記憶算法正進(jìn)一步地發(fā)揮著作用。

　　1、概述：

　　作者參加了第二屆“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能車比賽，在智能車設(shè)計(jì)和比賽過(guò)程中得到了一些經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果，特別是針對(duì)記憶算法進(jìn)行了研究和不斷改進(jìn)。按照競(jìng)賽規(guī)定，智能車在以白板為背景、中間黑線作為引導(dǎo)線的賽道上自動(dòng)行駛，在不駛離賽道的前提下，以行駛的速度快慢為比賽成績(jī)的好壞。因此必須使用采集系統(tǒng)將賽道信息采集后按照黑線行駛。比賽規(guī)則規(guī)定，在每輪比賽中每輛賽車在賽道上連續(xù)跑兩圈，以起始線為計(jì)時(shí)點(diǎn)，以用時(shí)短的一圈計(jì)單輪成績(jī);每輛賽車以在兩個(gè)單輪成績(jī)中的較好成績(jī)?yōu)橘愜嚦煽?jī)。本文設(shè)計(jì)的賽車使用的采集系統(tǒng)為光電傳感器，光電傳感器只能采集當(dāng)前的黑白信息，采集距離有限，無(wú)法預(yù)測(cè)前方道路，因此，為了實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)化算法，如轉(zhuǎn)彎走內(nèi)道、前方直線則預(yù)先加速、轉(zhuǎn)彎提前減速等方法，必須借助于記憶算法，預(yù)先知道前方道路信息，而比賽規(guī)則的制訂也為記憶算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。

　　記憶算法的原理分兩部分，前一部分即第一圈采用邊行駛邊記憶道路信息。第二部分即第二圈按照記憶的數(shù)據(jù)就預(yù)先知道了前方的道路信息，從而可以實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)化算法。通常情況下，為了實(shí)現(xiàn)記憶算法，必須記住第一圈行使時(shí)每一點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎或直行信息，因此第一圈必須按照勻速行駛。為了更好地提高速度，本文采取第一圈就按照其他各類快速算法在非預(yù)先知道道路信息的情況下快速非勻速行駛，在行駛過(guò)程中按照特定的算法和數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)道路信息，第二圈在此基礎(chǔ)上按照預(yù)先記憶的道路信息實(shí)現(xiàn)更快地行使。這樣在第一圈時(shí)就達(dá)到了最佳速度，即使第二圈由于其他原因沖出賽道，也能得到很好的成績(jī)，而第二圈按照記憶算法和其他最佳算法的實(shí)現(xiàn)得到更快的速度。

　　2、硬件實(shí)現(xiàn)原理：

　　按照競(jìng)賽的某些規(guī)定，本文設(shè)計(jì)了如圖1所示的硬件原理框圖?！　?/p>

　　其中主控CPU規(guī)定使用Freescale的MC9SDG128B，系統(tǒng)供電為7.2V電池。為了提高效率，除了為MCU、Hall測(cè)速傳感器和紅外傳感器提供5V供電外，系統(tǒng)中還由LM2596提供6V供電給舵機(jī)，使得舵機(jī)靈敏度提高，而電機(jī)直接使用7.2V電池供電。紅外傳感器采用一排13對(duì)紅外發(fā)射接收管，利用其接收的電平大小經(jīng)過(guò)MCU的ADC后由MCU判斷當(dāng)前黑線所處的位置，為了降低功耗，系統(tǒng)中還增加了MOS開關(guān)管，當(dāng)檢測(cè)某紅外傳感器時(shí)該傳感器供電打開，其余的則關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)證明，增加該功能后，系統(tǒng)功耗減小很大，原來(lái)開了幾圈后小車速度會(huì)因?yàn)殡姵毓╇姴蛔愣邓?，而加了功率開關(guān)后開十幾圈都不會(huì)降速。

　　賽道中具有十字交叉路口，同時(shí)必須判斷起始(即終止線),因此智能車預(yù)先可以配置當(dāng)前賽道的總的十字交叉?zhèn)€數(shù)，同時(shí)通過(guò)軟件算法可以判斷出是否經(jīng)過(guò)世紀(jì)交叉口(起始終止線可以作為一個(gè)十字交叉線)。

　　系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按照紅外傳感器采集的信息可以判斷出當(dāng)前引導(dǎo)線的位置，即在小車的左邊、中間或右邊，偏離多少，MCU據(jù)此以及由Hall測(cè)速傳感器獲知的當(dāng)前小車的速度確定小車當(dāng)前的行為，主要控制舵機(jī)即小車的方向和電機(jī)即小車的速度。

　　3、軟件控制算法：

　　系統(tǒng)軟件控制主要包括兩部分，也即記憶算法的兩個(gè)過(guò)程，從行駛過(guò)程中看即第一圈和第二圈，其流程框圖如圖2所示?！　?/p>