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1、第29卷第6期苏州大学学报(工科版)Vol29No.62009年12月JOURNALOFSUZHOUUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Dec.2009文章编号:1673-047X(2009)-06-0049-06基于红外传感器的智能车控制系统设计袁宜峰,高冲,俞文俊,凌志浩(华东理工大学自动化系,上海200237)摘要:介绍了一种基于红外传感器的寻迹智能车的软件设计方法,包括传感器数据采集、舵机控制、电机控制三个方面;并结合相关部分的硬件电路和配置,阐述了各部分的软件处理方法。实际运行证明:所设计的软件对
2、提高智能车的行驶速度和可靠性具有很好的效果。关键词:智能车;红外传感器;寻迹;控制系统中图分类号:TP275文献标识码:A0引言智能车技术是一门新兴技术,它集传感器、机器视觉、信号处理、自动控制等技术于一身。本文以第四届飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛为背景,依据大赛要求使智能车能够识别跑道并自动寻迹行驶,正常、快[1]速地跑完全程。比赛跑道包括普通赛道和窄道区两部分。普通赛道宽度不小于60cm,窄道区的宽度不小于45cm,跑道的中心有宽25mm的连续黑线作为引导线。按要求智能车控制系统需以飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128为核心,采用大
3、电流、脉冲发射的红外传感器检测引导线,通过对传感器数据的采集和处理,控[2]制舵机以实现前轮转向,控制电机以实现后轮驱动,最终实现智能车快速地自动寻迹行驶。1整体方案介绍控制系统设计的主要目标是,在智能车行驶中控制好舵机摆角和电机转速,同时完成对各种标志线和特殊路况的识别,在遇到传感器盲点时能自动找正,使智能车能以最合适的速度自主寻线。为此,在MC9S12XS128单片机上需实现的系统功能如图1所示。为实现这些功能,软硬件设计必须包括传感器数据[3]采集和处理、舵机控制方案及其实现、电机控制方案及其实现等三个方面。图1在MC9S12XS128上需实现的系统功能
4、图2舵机控制示意图1.1传感器采集模块传感器采集模块包括路径检测模块和速度检测模块两部分。路径检测模块由一字型均匀分布的14路光[4]电传感器组成,安装在智能车的前部,每路传感器包括光电发射管和红外接收管。为了提高智能车的前收稿日期:2009-09-02作者简介:袁宜峰(1986-),男,硕士研究生,主要研究方向为检测仪表及装置的设计。50苏州大学学报(工科版)第29卷瞻,传感器采用了大功率的红外发射管。为防止大电流对稳压电源芯片的冲击,在软件设计中对各路传感器的分时工作加以控制,降低总功耗。此部分软件所需解决的问题是:对采集到的14路光电信号,采用
5、合适方法处理后得到准确的偏移量,并要有效排除十字线、起始线、黑三角等标志的干扰。速度检测模块是一个E6A2型编码器,安装在小车尾部,后轮旋转时通过传动齿轮带动编码器一同旋转。编码器每转动一圈,输出200个脉冲信号。该模块电路简单,软件设计时需确定捕捉脉冲的方法(采用定时/[5]计数器或脉冲累加器),实现周期检测功能。1.2前轮转向舵机舵机用来控制前轮转向,采用的是futabaS3010标准舵机。如图2所示,给定PWM信号,舵机就会输出一固定转角。软件设计的难点在于如何根据智能车偏离黑线的情况计算出PWM的占空比,使智能车能较好寻迹行驶。1.3后轮驱动
6、电机智能车在弯道中行驶时,由于受舵机响应时间和车模侧翻的影响,智能车通过不同曲率的弯道时有不同的极限速度。合理的速度设定值对智能车的行驶尤为重要。实验发现,对于同一套舵机控制方案和同样的中等难度跑道,变速行驶的平均速度要比匀速行驶快0.5m/s以上。因此,智能车在行驶过程中应实时调整速度设定值,简单地说,就是直道快速、弯道慢速的控制策略。电机的驱动电路为自制H桥电路。如图3所示,当OUTA输出高电平、OUTB输出低电平时,D3、D5导通,电机正转;反之,电机反转。OUTA、OUTB是受PWM5、PWM7控制的,因此,调节PWM5、PWM7的占空比,就可以实现
7、智能车的加减速。图3电机驱动电路图图4红外发射接收电路图2数据采集和处理2.1路径偏移信息采集路径检测传感器的基本电路如图4所示。每路传感器由两个红外发射管和一个红外接收管组成,发射管与三极管串联,受单片机的普通I/O口控制。接收管与大电阻串联,当照射在白板和黑线上时,接收管接收的反射光线光强不同,导通程度不同,电阻两端的电压值也就不同。单片机可根据各路传感器返回的电压值大小判断其是否处于黑线上。每路传感器的特性有差异,需要标定,即测定每路传感器采集值的最大值和最小值。然后进行归一化处理,得到各路传感器处于黑线之上的程度值。计算方法如公式(1)所示。AD_
8、Data[
