智能车的设计及其路径规划研究

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1、智能车的设计及其路径规划研究摘要：本文阐述了智能小车系统的设计方案，具体介绍了赛车硬件系统的设计，包括传感器模块、电源模块、驱动电机模块、转向舵机模块、测速模块等，同时在图像采集系统已经获取比赛赛道的实时图像的基础之上，对赛道进行路径规划。我们根据获知的赛道信息来对赛车的转向舵机和行驶速度进行控制，使之达到较为完美的转弯特性和速度控制，以达到路径规划的目的。关键词：智能车，摄像头，PID控制，图像采集，路径规划，，转向舵机，驾驶速度第一章智能车的机械安装简介智能车系统是一个各部分协调运作的控制系统。系统耍完成从传感器接收、微控制器判断

2、计算，到执行机构执行的整个过程。系统设计耍求单片机把路径的迅速判断、相应的转向伺服屯机控制以及直流驱动屯机的控制精密地结合在一起。传感器数据采集的失误，转向伺服电机控制的失当，都会导致模型车严重抖动其至偏离赛道；低效的直流屯机驱动控制，会造成小车直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。因此智能车各个部分之间的协调工作是其正常行驶的基础。整个系统的功能框图如图1.1路血检测模块速度检测模块路程检测模块图1.1系统功能框图1.1赛车重心位置的确定汽车重心的位置通常用重心距前轴中心线的水平距离和重心距水平路面的高度来表示。智能车的重

3、心位置必须考虑以下几方面：(1)对动力性能的影响汽车的驱动力必须人于等于坡度阻力、滚动阻力、空气阻力之和而等于汽车驱动轮的附着力。附着力与路面附着系数和驱动轴的轴荷有关，而驱动轴的轴荷取决丁•重心的水平位置,故重心位置必须保证驱动轮能够提供足够的附着力。仅从此方面考虑，重心越靠近驱动轴越好。（2）对制动性能的影响汽车制动性要求制动减速度大、制动距离短，有良好的制动方向稳定性，即不易发生而轮丧失转向、后轮侧滑和跑偏现象。制动方向的稳定性与前后轮的抱死次序有关，而抱死次序则与重心位置有关，若重心位置保证汽车的同步附着系数等于汽车常用路面附

4、着系数，那制动稳定性即较好；若重心両移，易发生后轴侧滑，对高速汽车危险性大；若重心后移，丽轮易丧失转向能力。（3）对通过性的影响汽车在较陡侧坡行驶或高速急转弯行驶时，会发生侧向倾覆，为避免这种危险，重心应在保证最小离地间隙的前提下尽量降低。综合上面分析，在加装诸多电路板后应尽可能保证模型车的重心垂直位置尽量的低，水平位置应在车中线上靠近后轴。整车的机械结构图见图1.2：图1.2赛车整体效果1-2摄像头的设计安装摄像头必须架在一定高度上，这样才能对远处路面进行探测。但是，它又不能太高。过高会导致看到的视野过犬，一-来造成黑线变得太细，二

5、来使得干扰更为严重；另外，摄像头过高还会产生摇晃，导致信号不稳。最后我们在老师的悉心指导和试验下发现最佳的视野范围为：近处距车前轮轴线：16cm.左右各10.5cm；远处距车前轮轴线：120cm、左右各56cm。根据这一耍求，我们确定了摄像头的安装位置（图1.3）：图1.3摄像头安装示意图第二章智能小车硬件方案设计2.1系统总体结构我们将智能车的设计分为硬件和软件两人模块，其中硬件模块主耍有：黑线检测电路，转向舵机控制电路，驱动电机驱动电路，测速电路，以及电源。软件模块主耍包括图像处理和控制算法两大部分。硬件电路设计是智能巡线汽车的基

6、础，其设计的好坏，不仅直接影响到巡线汽车功能的实现与否，而口对软件系统的设计也起着决定性的作用。一种好的硬件电路设计方案，可以说对整个装置的设计有着事半功倍的效果。硬件电路设计至少应包括有以下四个部分：1）单片机DG128最小系统。2）检测电路设计。主要是道路检测电路和速度检测电路的设计。道路检测电路用于完成赛道中心引导线，主耍包括红外检测和图像检测两种方式，这里采用图像检测方式。速度检测电路由于完成在不同的道路上完成加速和减速。3）舵机以及直流电机控制电路。对模型车上的舵机和后轮电机的进行驱动，控制赛车的方向和速度。4）电源电路。为

7、各个模块提供电源。2.2MC9S12DG128单片机简介MC9S12DG128微控制器是Motorola公司HCS12系列16位单片机中的一种，其内部结构主耍由单片机基本部分和CAN功能块部分组成，基木结构包括：16位中央处理器单元HCS12图3-2(CPU)、2个异步串行通信口SCI、2个同步串行通信口SPI,8通道输入捕捉/输岀比较定时器，1个8通道脉宽调制模块以及49个独立数字I/O口(其中20个具有外部中断及唤醒功能)，在片内还拥有128KB的FlashEEPROM,8KB的RAM和2KB的EEPROM,CAN功能块由包括两个

8、兼容CAN2.0A/B协议的MSCAN控制器组成。这些丰富的内部资源和外部接II资源可以满足ECU对各种数据的处理、CAN网络数据的发送和接收耍求，芯片集成了两个MSCAN12模块，能够实现高低速CAN网络的网关节点功能