智能车制作

 找回密码
 注册

扫一扫,访问微社区

查看: 6649|回复: 18
打印 上一主题 下一主题

[其他] 基于路径识别的智能车系统设计

[复制链接]

489

主题

1691

帖子

1

精华

管理员

网站创始人&站长

Rank: 11Rank: 11Rank: 11Rank: 11

积分
85927

特殊贡献奖章资源大师奖章论坛骨干奖章推广达人奖章优秀版主奖章热心会员奖章论坛元老奖章在线王奖章活跃会员奖章优秀会员奖章

QQ
威望
56985
贡献
17372
兑换币
13142
注册时间
2007-6-8
在线时间
5785 小时
跳转到指定楼层
1#
发表于 2008-2-10 09:49:49 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
<DIV><FONT size=3>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 随着控制技术及计算机技术的发展,智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色。本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式光电管识别路径上的黑线,并以最短的时间完成寻迹。通过加长转臂的舵机驱动前轮转向,使用符合PI算法的控制器实现直流电机的调速。为了使智能车快速、平稳地行驶,系统必须把路径识别、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。 </FONT></DIV><><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1 硬件设计</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统硬件部分以飞思卡尔公司的16位微处理器</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/201/MC9S12DG128.html" target=_blank><FONT size=3>MC9S12DG128</FONT></A><FONT size=3>为控制核心,由电源模块、主控制器模块、路径识别模块、车速检测模块、舵机控制模块和直流驱动电机控制模块组成。系统硬件结构如图1所示。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=149 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-1.jpg" width=360></TH></TR></TBODY></TABLE><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.1 主控制器模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统主控制器模块采用的</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/201/MC9S12DG128.html" target=_blank><FONT size=3>MC9S12DG128</FONT></A><FONT size=3>主要特点是功能高度集中,易于扩展且支持C语言程序设计,从而降低了系统开发和调试的复杂度。</FONT></P><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.2 电源模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统由7.2V/2000mAh的Ni-cd蓄电池组直接供电。鉴于单片机系统的核心作用,主控制器模块采用单独的稳压电路进行供电;为提高舵机响应速度,将电源正极串接一个二极管后直接加在舵机上;电机驱动芯片</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/ic/sell_search.html?keyword=MC33886" target=_blank><FONT size=3>MC33886</FONT></A><FONT size=3>直接由电源供电。通过外围电路整定,电源被分配给各个模块。电源调节分配图如图2所示。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=158 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-2.jpg" width=400></TH></TR></TBODY></TABLE><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.3 路径识别模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>路径识别模块采用收发一体的红外反射式光电管JY043作为路径的基本检测元件。本系统选用11个JY043按“一”字形排列在20cm长的电路板上,相邻两个光电管之间间隔2cm。因为路径轨迹由黑线指示,落在黑线区域内的光电二极管接收到的反射光线强度与白色的不同<SUP>[2]</SUP>,所以根据检测到黑线的光电管的位置可以判断行车方向。光电传感器寻迹的优点是电路简单、信号处理速度快。在不受外部因素影响的前提下,光电管能够感知的前方距离越远,行驶效率越高,即智能车的预瞄性能越强<SUP>[3]</SUP>。图3为其硬件原理图。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=264 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-3.jpg" width=430></TH></TR></TBODY></TABLE><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.4 车速检测模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>车速检测模块采用韩国Autonics公司的E30S-360-3-2型旋转编码器作为车速检测器件。该旋转编码器硬件电路简单、信号采集速度快,360线的精度足以满足PI控制算法调节的需要。旋转编码器与直流驱动电机通过齿数为1:1的两齿轮连接在一起,所以智能车车轮转动一圈即可以用360个脉冲表示。因此一定时间内单片机累加器获得的脉冲数值可以用来表示车速,并可直接作为控制器参数。图4为车速检测模块硬件电路图。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=266 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-4.jpg" width=320></TH></TR></TBODY></TABLE><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.5 舵机控制模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统使用SANWA SRM102型舵机完成智能车转向。舵机属于位置伺服电机,控制信号是</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/201/MC9S12DG128.html" target=_blank><FONT size=3>MC9S12DG128</FONT></A><FONT size=3>单片机产生的PWM信号。舵机自身硬件特性决定:在给定电压一定时,空载和带载时的角速度ω分别保持恒值,而线速度υ=ω?R,正比于转臂的长度R。当舵机所需转动幅度一定时,长转臂要比短转臂转动的角度小,即响应更快。如图5所示,对于转臂1和2,当R1&lt;R2且转动相同的位移时,转角θ1&gt;θ2。因此对于相同的角速度ω,可得转臂响应时间t1&gt;t2。显然利用舵机的转距余量可以提高系统整体的响应速度<SUP>[4]</SUP>。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=244 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-5.jpg" width=300></TH></TR></TBODY></TABLE><P><FONT size=3>智能车在行驶过程中,舵机的响应时间决定着系统的稳定性及快速性。为了减小舵机的时滞现象,充分利用舵机的转矩余量,本系统采用了以下三种方法:</FONT></P><P><FONT size=3>(1) 提高舵机工作电压,使其工作在额定电压之上,从而减小舵机的响应时间;</FONT></P><P><FONT size=3>(2) 将舵机转臂加长至3.5cm,充分利用转矩余量;</FONT></P><P><FONT size=3>(3) 将两个8位PWM寄存器合并为一个16位PWM寄存器,将舵机的PWM控制周期放大至2000,从而细化PWM控制量,使转臂变化更加灵活、均匀。</FONT></P><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>1.6 直流驱动电机控制模块</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统中,直流驱动电机控制模块由RS-380SH型直流电机、功率驱动芯片</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/715/ULN2003.html" target=_blank><FONT size=3>ULN2003</FONT></A><FONT size=3>、电机驱动芯片</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/ic/sell_search.html?keyword=MC33886" target=_blank><FONT size=3>MC33886</FONT></A><FONT size=3>及</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/201/MC9S12DG128.html" target=_blank><FONT size=3>MC9S12DG128</FONT></A><FONT size=3>微处理器组成。</FONT></P><P><FONT size=3>功率驱动芯片</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/715/ULN2003.html" target=_blank><FONT size=3>ULN2003</FONT></A><FONT size=3>为单片高电流增益双极型大功率高速集成电路,本系统采用了其中两组用于增强单片机输出的PWM信号的驱动能力。</FONT></P><P><FONT size=3>图6为直流驱动电机硬件控制电路图。其中,电机驱动芯片</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/ic/sell_search.html?keyword=MC33886" target=_blank><FONT size=3>MC33886</FONT></A><FONT size=3>是单片集成的H桥元件,它适用于驱动小马力直流电机,并且有单桥和双桥两种控制方式。D1、D2为使能端,IN1、IN2为PWM信号控制输入端,OUTl、OUT2为输出端。由于智能车从直道高速进弯时需通过紧急降速来保证系统的稳定,所以电机正转时必须能够产生反向制动力矩。因此本系统选择了MC233886的全桥工作方式。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=308 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-6.jpg" width=420></TH></TR></TBODY></TABLE><P><FONT size=3>当需要智能车减速时,PI控制器计算值为负,令PWM5输出的PWM信号占空比为零,PWM3输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同,并且计算值越负,OUT2的电平高出OUT1越多,电机有反转趋势。反之,当需要智能车加速时,PI控制器计算值为正,PWM3输出的PWM信号占空比为零,PWM5输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同,计算值越大,OUTl的电平高出OUT2越多,电机有正转趋势。</FONT></P><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>2 软件设计</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>本系统的控制方案是根据路径识别模块和车速检测模块所获得的当前路径和车速信息,控制舵机和直流驱动电机动作,从而调整智能车的行驶方向和速度。图7为系统程序流程图。</FONT></P><P><FONT size=3>智能模型车的路径搜索算法(Line Searching Algorithm)是智能车设计中的关键部分。本系统路径搜索算法采用简单的switch语句,根据检测到黑线的光电管的位置判断舵机的偏转角度,同时给出相应的速度控制信号。其程序流程图如图8所示。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=378 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-7.jpg" width=480></TH></TR></TBODY></TABLE><P><STRONG><FONT color=#0000ff size=3>3 实验验证</FONT></STRONG></P><P><FONT size=3>智能车路径识别的关键在于快速地判断弯道并快速、准确地响应。智能车行进过程中,从长直道进入连续弯道时,由于曲率变化很小,此时转速的设定值较大,加之舵机响应时间的限制,智能车极易脱离轨迹。采用加长转臂的舵机及合理的路径搜索算法,可以增强智能车对轨迹的跟随性能。图9所示为智能车寻迹连续弯道试验效果图。其中,粗线为所寻迹的黑线,细线为智能车实际运行轨迹。</FONT></P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=675 border=0><TBODY><TR><TH scope=row><IMG height=172 src="http://www.eccn.com/xsj06/image/xsj071654w-8.jpg" width=430></TH></TR></TBODY></TABLE><P><FONT size=3>本文设计了一个智能车控制系统,实现了快速自动寻迹功能。在硬件上,该系统采用</FONT><A class=1a href="http://www.dzsc.com/icstock/475/MC9S12DG128B.html" target=_blank><FONT size=3>MC9S12DG128B</FONT></A><FONT size=3>单片机为控制核心,协调电源模块、路径识别模块、车速检测模块、舵机控制模块及直流驱动电机控制模块的工作;在控制算法上,采用路径搜索算法和类PI控制算法实现对智能车的舵机转角和电机转速的控制。此外,系统还完成了对加长转臂舵机的控制,实现了转向伺服电机与车速的配合控制。实验结果表明,该智能车系统响应快,动态性能良好,整体控制性能良好。 </FONT></P>

21

主题

1019

帖子

0

精华

常驻嘉宾

我爱雯婕

Rank: 8Rank: 8

积分
4657
威望
2223
贡献
1682
兑换币
4
注册时间
2009-3-4
在线时间
376 小时
2#
发表于 2009-3-31 10:24:13 | 只看该作者
整体思路清晰,可是算法简单了一些,真实的调试远比理想的情况差距要大得多,拿去新手加油站发表可能会好一些
回复 支持 反对

使用道具 举报

21

主题

1019

帖子

0

精华

常驻嘉宾

我爱雯婕

Rank: 8Rank: 8

积分
4657
威望
2223
贡献
1682
兑换币
4
注册时间
2009-3-4
在线时间
376 小时
3#
发表于 2009-3-31 10:24:31 | 只看该作者
整体思路清晰,可是算法简单了一些,真实的调试远比理想的情况差距要大得多,拿去新手加油站发表可能会好一些
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

39

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
313
威望
211
贡献
22
兑换币
0
注册时间
2009-3-31
在线时间
40 小时
4#
发表于 2009-3-31 19:11:31 | 只看该作者
只是个大概流程
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

7

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
201
威望
177
贡献
22
兑换币
0
注册时间
2009-3-31
在线时间
1 小时
5#
发表于 2009-3-31 20:53:42 | 只看该作者
很好,很强大!!
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

7

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
201
威望
177
贡献
22
兑换币
0
注册时间
2009-3-31
在线时间
1 小时
6#
发表于 2009-3-31 20:53:46 | 只看该作者
很好,很强大!!
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

21

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
232
QQ
威望
202
贡献
22
兑换币
0
注册时间
2009-4-12
在线时间
4 小时
7#
发表于 2009-4-12 22:55:16 | 只看该作者
看看还可以,真正在制作中差距好大!
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

29

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
241
威望
209
贡献
28
兑换币
6
注册时间
2009-7-9
在线时间
2 小时
8#
发表于 2009-7-9 13:14:49 | 只看该作者
很好
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

6

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
261
威望
209
贡献
44
兑换币
22
注册时间
2009-8-17
在线时间
4 小时
9#
发表于 2009-8-17 11:28:34 | 只看该作者
顶!!
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

17

帖子

0

精华

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
222
威望
187
贡献
21
兑换币
0
注册时间
2009-9-25
在线时间
7 小时
10#
发表于 2009-11-28 00:17:37 | 只看该作者
好东东!!
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

关于我们|联系我们|小黑屋|智能车制作 ( 黑ICP备2022002344号

GMT+8, 2024-12-25 15:09 , Processed in 0.069557 second(s), 31 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表