基于光电导航的自主循迹智能车系统设计

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1、万方数据I竺一竣劳廛用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．基于光电导航的自主循迹智能车系统设计西南科技大学信息工程学院曾伟钦徐东升冉志勇陈潇【摘要】结合。飞思卡尔’杯全国大学生智能汽车竞赛要求，车模需以最短时间完成比赛。提出了以飞思卡尔半导体公司K60P100-SYS作为微控制器，采用激光作为传赙器。通过数据采集和处理，判断出车模偏离赛道中心的程度，经过PID运算从而控制舵机转向；通过对车模进行车速检测构成闭环反馈，控制直流电机的转速。测试时结合了无线、串口、上位机等辅助调试工具使得调试更为方便，提高了调试效率。本系统具有结构合理、电路稳定、控制准确等特点，能够使智能车自主

2、跑完赛道，在智能控制方面具有应用意义。【关键词】飞思卡尔；智能汽车；自主循迹；光电传感器1．引言“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛以最短时间跑完赛道为目标，尽可能地使车模达到“稳、快、准”的要求，这不仅要求车模有灵敏、准确的传感器系统，同时智能车系统的整体设计也是至关重要。基于光电导航的自主循迹智能车系统，通过各个模块的相互配合，使智能车“自适应”地沿着既定的赛道行驶。该系统设计合理，控制准确，稳定性高，经过不断调试和优化，该设计方案能够达到智能车系统设计要求。2．系统整体硬件设计系统整体硬件设计如图1所示，包括：MCU模块、传感器模块、电源模块、车速检测模

3、块、舵机模块、电机驱动模块、辅助调试等模块。2．1MCU微控制器微控制器选用飞思卡尔半导体公司Kinetis产品中的K60P100～SYS，其具有器件充电检测、硬件加密和篡改加密和篡改检测功能。器件带有丰富的模拟、通信、定时和控制外围设备，高闪存密度K60系列器件包括可选单精度浮点单元、NAND闪存控制器和DRAM控制器。该单片机丰富的资源能够满足系统的要求，且其体积小、功耗低。2．2传感器光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定波长的光线，经地面反射到接收管。由于在黑色和白色上反射系数不同，在黑色上大部分光线被吸收，而白色上可以反射回大部分光线，所以接

4、收到的反射光强是不一样，进而导致接收管的特性曲线发生变化程度不同，而从外部观测可以近似认为接收管两端输出电阻不同，进而经分压后的电压就不一样，就可以将黑白路面区分开来。2．2．1红外传感器采用反射式红外光电管，是路径检测常用的方法。这种方法利用了路面不同材料和颜色对光线的吸收和反射量不同，这样通过检测反射回来的光线就可以得到当前位置的材料或者颜色。这种方法电路简单，信号处理速度快，但感知前方赛道距离有限，受外界红外频段光线干扰，精度比较低。2．2．2激光的原理及特性激光的英文名为LASER(LightAmplif-icationbyStimulatedEmiS

5、SionofRadiatiOn)，意思是“受激辐射的光放大”，即激光的产生源自于受激辐射。激著提高步进电机的运行性能，可以增加电机的转矩，可以提高空载转速，可以降低电机运行时的震动和噪音，因此是新型控制器的首选方案。5．3加速曲线的设计步进电机在启动的时候很重要的一个性能指标就是空载启动频率，在现实应用中，特别是需要高速运动的场合，直接启动频率更是决定了步进电机控制器的应用领域。提高电机启动频率的方法基本上有两种：使用更好电流驱动波形和做一个加速曲线。本设计所用的电机在使用方波电流驱动和没有加速曲线的情况下直接启动的速度最高为200转／分。本设计采用TB656

6、0AQH驱动芯片，它内部自带正弦波电流驱动波形，能很好的提高步进电机的启动频率，但是经过多次的实验得出也只能提高至U300转／分左右，还是差强人意。最终使用阶跃式加速，速度一阶一阶递进式加速，这种方法易于实现，占用单片机资源较少，但是用这种方法时如果阶跃得速度过大，电机会出现震动和噪声。但是为了不使电机出现震动和噪音，本设计在单片机资源允许的前提下使速度阶跃尽可能的小。具体的做法是：单片机一128一电子世界／2012．08／上电工作后首先对速度进行比较，以200转／分为基准，如果速度小于200转／分则完全可以直接启动，不需要加速曲线；当速度高于200转／分时，

7、首先把速度差求出来，让定时器首先以200转／分的速度产生脉冲，在定时器中断函数中根据速度差把速速逐渐提高，直到速度差为零。具体的流程图如图8。5．4本设计达到的主要性能指标(1)运行速度精度：可以使速度精度达到96％以上(速度精度=实际速度／设定速度*100％)。(2)最大空载起动频率：可达到的最大空载启动频率为1．5KHZ。(3)最大空载的运行频率：最大空载运行频率3I(HZ。(4)运行矩频特性：本设计由于没有专业的转矩测试仪器，因此无法给出准确的转矩数值，转矩变化时的频率为800HZ。6．结论步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件

8、，与其他类型电机相比具有易于开环精确控