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1、测控技术与仪器仪表MeasurementControlTechnologyandInstruments基于路径识别的智能车系统设计吴斌华,黄卫华,程磊,杨明(武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081)摘要:介绍了一种基于光电管路径识别的智能车系统。该智能车使用光电管作为路径识别装置,依靠舵机辅助智能车转向,使用直流电机驱动智能车前进。系统采用符合PI控制算法的控制器进行调速,并通过加长舵机转臂提高舵机响应速度,从而解决了系统的滞后问题。关键词:路径识别智能车舵机光电管随着控制技术及计算机技术的发展,智能车系统将在
2、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JY043按“一”字形排列在20cm长的电路板上,相邻两机控制准确地结合在一起。个光电管之间间隔2cm。因为路径轨迹由黑线指示,落1硬件设计在黑线区域内的光电二极管接收到的反射光线强度与本系统硬件部分以飞思卡尔公司的16位微处理器白色的不同[2
3、],所以根据检测到黑线的光电管的位置可MC9S12DG128为控制核心,由电源模块、主控制器模块、以判断行车方向。光电传感器寻迹的优点是电路简单、路径识别模块、车速检测模块、舵机控制模块和直流驱信号处理速度快。在不受外部因素影响的前提下,光电动电机控制模块组成。系统硬件结构如图1所示。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[3]。图3为其硬件原理图。1.1主控制器模块本系统主控制器模块采用的MC9S12DG128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。1
4、.2电源模块本系统由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1.4车速检测模块独的稳压电路进行供电;为提高舵机响应速度,将电源车速检测模块采用韩国Autonics公司的E30S-360-正极串接一个二极管后直接加在舵机上;电机驱动芯片3-2型旋转编码器作为车速检测器件。该旋转编码器硬MC33886直接由电源供电。通过外围电路整定,电源被件电路简单、信号采集速度快,360线的精度足以满足分配给各个模块。电源调节分配图如图2所示。PI控制算法调节的需要。旋转编码器与直流驱
5、动电机1.3路径识别模块通过齿数为1:1的两齿轮连接在一起,所以智能车车轮路径识别模块采用收发一体的红外反射式光电管转动一圈即可以用360个脉冲表示。因此一定时间内单JY043作为路径的基本检测元件。本系统选用11个80欢迎网上投稿www.aetnet.cnwww.aetnet.com.cn《电子技术应用》2007年第3期测控技术与仪器仪表MeasurementControlTechnologyandInstruments片机累加器获得的脉冲数值可以用来表示车速,并可直及MC9S12DG128微处理器组成。接作为控制器参数。
6、图4为车速检测模块硬件电路图。功率驱动芯片ULN2003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。图6为直流驱动电机硬件控制电路图。其中,电机驱动芯片MC33886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,OUT1、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MC33886的全桥工作
7、方式。1.5舵机控制模块本系统使用SANWASRM102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MC9S12DG128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!分别保持恒值,而线速度v=!·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"2。因此对于相同的角速度!,可得转臂响应时间t1>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[4]。当需要
8、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P
