基于模糊算法的智能小車控制系統(tǒng)的研究

肖紅霞　周密

摘 要：采用模糊控制算法，以單片機(jī)MC9S12XS128為控制核心，結(jié)合CCD線性器件作為道路信息檢測設(shè)備設(shè)計(jì)了智能小車控制系統(tǒng)。道路尋優(yōu)模糊控制算法，可實(shí)現(xiàn)了對直道、蛇形彎道以及大半徑彎道三種典型道路的自動(dòng)跟隨。

關(guān)鍵詞：模糊算法；智能小車；道路檢測

智能小車是具有自動(dòng)導(dǎo)航功能的智能汽車的微縮模型。隨著智能化的發(fā)展，智能車技術(shù)也將逐步壯大，功能將更完善，將具有更為廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為硬件實(shí)現(xiàn)、算法應(yīng)用和軟件實(shí)現(xiàn)三部分。

1 硬件實(shí)現(xiàn)

1.1 整體模塊設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī)、CCD路徑識(shí)別模塊、紅外線傳感器測速模塊、電源管理模塊、直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊、液晶屏動(dòng)態(tài)顯示模塊組成，如圖1所示。

1.2 局部模塊實(shí)現(xiàn)

⑴CCD路徑識(shí)別模塊設(shè)計(jì)。首先在行、場同步信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)下，由MC9S12XS128的A/D口對CCD攝像頭掃描出的路徑視頻信號(hào)進(jìn)行采集，并對此圖像路徑信息處理；然后選取途中合適的點(diǎn)算出小車與路徑的夾角與偏移距離；最后把已知數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，模糊算法控制舵機(jī)轉(zhuǎn)角，同時(shí)采用模糊控制與比例微分控制相結(jié)合的方法控制電機(jī)的速度，MC9S12XS128將舵機(jī)轉(zhuǎn)角信息準(zhǔn)確輸給舵機(jī)PWM信號(hào)，以及速度信息實(shí)時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM轉(zhuǎn)速控制信息，從而實(shí)現(xiàn)小車的智能路徑跟蹤。

⑵測速模塊設(shè)計(jì)。速度檢測電路主要是為電機(jī)控制提供準(zhǔn)確的速度反饋，讓小車能在不同的路況上行駛時(shí)準(zhǔn)確的設(shè)定不同的速度。系統(tǒng)采用紅外線傳感器的對射式傳感方式進(jìn)行測速，檢測電路如圖3所示。

2 模糊算法應(yīng)用

2.1 模糊控制器設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過上面?zhèn)鞲衅鞑杉降男畔ⅲ梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)雙輸入雙輸出的模糊控制器，輸入變量是由上面經(jīng)過處理的路徑識(shí)別模塊的數(shù)據(jù)和測速電路的數(shù)據(jù)，輸出是轉(zhuǎn)角和速度的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向控制和電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。

2.2 模糊控制器應(yīng)用

⑴舵機(jī)控制策略。CCD傳感器反饋智能車偏移軌跡的偏移量可以通過測得的小車與路徑的偏移夾角和偏移距離計(jì)算得到，將這兩個(gè)量送入模糊控制器，求得到需要的輸出量。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行模糊化，模糊推理，反模糊化等操作，最后將得到的數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)轉(zhuǎn)角信號(hào)，然后送給舵機(jī)。

⑵速度控制策略。在模糊控制的基礎(chǔ)上，對小車測得的速度采用位置式閉環(huán)Pd控制進(jìn)行調(diào)整，可以保證小車在各種負(fù)載和供電變化的情況下車速能穩(wěn)定、快速的達(dá)到預(yù)定速度。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

CCD智能車系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)是基于CodeWarrior CW12 V4.5編程環(huán)境，使用匯編與C語言相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。整體方案程序模塊設(shè)計(jì)如圖4所示。

4 小結(jié)

單片機(jī)MC9S12DG128B對采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、提取賽道信息、進(jìn)行路徑識(shí)別，然后運(yùn)用模糊算法將轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)換成舵機(jī)PWM信號(hào)，同時(shí)對電機(jī)進(jìn)行模糊PD控制，并將速度信息通過12864液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。模糊算法的高效性提高了小車的路徑跟蹤精度和運(yùn)行速度。

[參考文獻(xiàn)]

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