智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要 筆者以單片機(jī)MSP430F5438作為小車控制的核心，用直流電機(jī)當(dāng)做驅(qū)動(dòng)力，設(shè)計(jì)出一款智能小車同時(shí)運(yùn)用脈寬調(diào)制的辦法達(dá)到對(duì)車速的精確控制。結(jié)果顯示，該智能小車能夠達(dá)到兩車防撞前后行駛、單車?yán)@圈行駛以及兩車在規(guī)定區(qū)域超車等功能要求，同時(shí)其性能比較穩(wěn)定，抗干擾的能力較強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】光電傳感器 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電子指南針 超聲波傳感器 智能小車

1 智能小車的硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

小車的硬件結(jié)構(gòu)運(yùn)用MSP430F5438作控制器，以控制其無人駕駛系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)小車內(nèi)部AD所采得的數(shù)據(jù)予以處理，發(fā)出轉(zhuǎn)彎、直走及超車等指令，以實(shí)現(xiàn)特定功能。設(shè)計(jì)小車的硬件運(yùn)用RPR220光電傳感器去測(cè)試拐彎或超車標(biāo)志，運(yùn)用超聲波傳感器去控制小車之間的距離，同時(shí)運(yùn)用GY—26電子指南針對(duì)小車予以導(dǎo)航及定位。

1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

運(yùn)用L298N芯片做電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，其中L298N為高電壓、大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，每個(gè)這種芯片能夠控制2臺(tái)直流電機(jī)，同時(shí)可控制其使能端。用這種芯片做電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其穩(wěn)定性非常好，且性能非十分好，同時(shí)L298N結(jié)合單片機(jī)能夠達(dá)到對(duì)小車速度的準(zhǔn)確控制。借助接口發(fā)出PWM波，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到對(duì)速度的控制。

1.3 光電傳感器

5通道灰度值傳感器模塊用RPR220的光電傳感器作為探測(cè)器，一共可分成5路、 2行5列。借助對(duì)每一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，能夠完成對(duì)十字路線、直線以及丁字路線的檢測(cè)與跟蹤。

1.4 超聲波

超聲波的發(fā)射以及接收都是獨(dú)立式進(jìn)行，本小車運(yùn)用超聲波發(fā)射器（型號(hào)為TCT40—16BT）以及超聲波接收器（型號(hào)為TCT40—16BR），其能夠向外發(fā)射大約40kHz的脈沖信號(hào)，輸出端的電阻既能夠增強(qiáng)反向器（型號(hào)為MC14069UB）的驅(qū)動(dòng)性能，還能夠提升超聲器的阻尼作用，減少自由振蕩的時(shí)長。

1.5 電子指南針

GY—26為低成本的平面數(shù)字羅盤，其輸入的電壓很低，功耗較小并且體積小。它的工作原理為借助磁傳感器內(nèi)的2垂直軸對(duì)地球磁場(chǎng)的感應(yīng)磁分量，算出方位角度，該羅盤用RS—232及IIC協(xié)議和其它設(shè)備進(jìn)行通信，起到重新標(biāo)定的作用，可在任一位置獲取精確的方位角，其波特率為9600bp秒，其輸出方式分為連續(xù)和詢問輸出2種。

2 智能小車的軟件設(shè)計(jì)

2.1 小車主程序

該小車功能的完成由指令進(jìn)行控制，這些指令既能夠通過傳感器發(fā)出去，還能夠通過下位機(jī)面板的按鍵予以控制，其主程序的設(shè)計(jì)流程見圖1。

2.2 行車線路識(shí)別

當(dāng)小車識(shí)別到轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線之后，會(huì)一直沿著行車道向前直行，同時(shí)通過指南針對(duì)方向進(jìn)行校正，而使其行駛方向和標(biāo)志線之間呈直角。2個(gè)紅外收發(fā)管置于灰度傳感器的2側(cè)，主要是用來檢測(cè)行車道的邊界，從而避免小車在行駛的時(shí)候超過邊界。

2.3 避障超車

灰度傳感器用來測(cè)行車道的邊線，小車在行駛的時(shí)候通過超聲波傳感器來檢測(cè)前方有沒有障礙物，目的是避免兩車相撞，避障超車的流程圖見圖2。2個(gè)車在行進(jìn)1圈以后，在第2圈的時(shí)候要實(shí)現(xiàn)超車。智能小車?yán)密囶^的紅外傳感器來確定自己所在的位置，在第2圈檢測(cè)為黑線數(shù)14的時(shí)候，說明小車已進(jìn)入超車區(qū)。行進(jìn)的時(shí)候借助超聲波系統(tǒng)以控制2個(gè)車的距離，防止二者相撞。

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 功能測(cè)試

第1組：A車與B車分別由起點(diǎn)開始，在行車道各自行駛1圈，在檢測(cè)到第1個(gè)轉(zhuǎn)彎之后，2個(gè)小車能夠順利的轉(zhuǎn)動(dòng)90°角。

第2組：A和B二小車按照?qǐng)D3中所示的二車分別的起跑線同時(shí)啟動(dòng)，B車經(jīng)過超車標(biāo)志線以后在超車區(qū)內(nèi)完成超車的操作，并于A車到達(dá)終點(diǎn)線之前抵達(dá)，行駛所用的時(shí)間是12.6秒。

第3組：A和B二車?yán)^續(xù)行進(jìn)第2圈，A車經(jīng)過超車線以后要完成超車動(dòng)作，并在B車到達(dá)終點(diǎn)以前到達(dá)。二車?yán)^續(xù)行進(jìn)第3及第4圈，同時(shí)交互領(lǐng)跑。然后再設(shè)定A車的起始點(diǎn)，完成二車的交替領(lǐng)跑，行駛的時(shí)長一共為50秒。

3.2 測(cè)試結(jié)果

A車與B車各自從起點(diǎn)開始，在車道各自行駛1圈。當(dāng)二車從起點(diǎn)同時(shí)啟動(dòng)，B車在超車區(qū)完成超車。二車行駛第2圈，之后A車超B車，完成交替領(lǐng)跑。二車?yán)^續(xù)行進(jìn)第3與第4圈，繼續(xù)交替領(lǐng)跑，行駛時(shí)長一共12秒。然后重設(shè)A車的起始點(diǎn)，完成二車4圈交替領(lǐng)跑。小車僅于超車區(qū)超車，超車之后可以返回行車道。

4 結(jié)論

結(jié)果可以看出，無人駕駛智能小車能夠完成兩車在規(guī)定區(qū)域完成超車、單車?yán)@圈行駛、兩車防撞前后行駛等，同時(shí)其性能十分穩(wěn)定、抗干擾性比較強(qiáng)，未來將在無人駕駛系統(tǒng)中被應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]梁明亮，孫逸潔.嵌入式智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（22）：87-89，94.

[2]趙津，朱三超.基于Arduino單片機(jī)的智能避障小車設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2013，28（05）：1-4.

作者單位

1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150040

2.山西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 山西省太原市 030006