新型智能小車系統的研究與設計

金致靈++殷悅++張躍中

摘要：伴隨智能化控制技術和理論進一步的發展，在交通運輸過程中的愈來愈多的被運用。隨后提出了智能車輛的概念。本篇文章重點以智能汽車為核心，經過構建硬件系統，制定以MK60DN512微型控制器為中心控制模塊的軟件系統。經過CMOS探測頭監測軌道數據，運用仿真比對器對圖形實施硬件二值化，從中提出黑色指引線，用作對路徑鑒別，從而自行循跡；經過光電編碼器測試智能小車的實時速度，運用PID控制運算方法調整電動機的轉動速度與舵機的轉角，完成對智能小車移動速度與移動方向的閉環操控。

關鍵詞：智能小車軌道鑒別；自行循跡；PID控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0205-01

1 小車硬件系統的概述

智能小車的硬件組成，以小車模型為載體，功能單元重點包含單片機、傳感器單元、電動機驅動單元、軌道識別單元、電源部分和測試輔助單元。里面舵機通常是由單片機來帶動運行。智能小車模型以MCU為中心，為讓智能小車可以快速移動，單片機必需將軌道的快速判定、對應舵機方向操控和直流電動機的操控精確的聯合在一塊。

重點從系統的平穩性、可靠性、實際應用性等層面來思考硬件的整體設計。可靠性與平穩性是系統可以實現預期功能的主要基礎。在結構圖和PCB的制定當中，顧及到每個功能單元的電性和他們之間的耦合作用。智能小車操控系統線路由三個模塊構成：用于全部控制和動力供應的MK60DN512微小系統板、ZLG7280鍵盤，LCD液晶屏。微小系統板能夠插進主板中，構成了信號采樣，信號接收、電動機操控、舵機操控模塊。為降低電動機驅動線路造成的電磁影響，將調控模塊與電動機驅動模塊分離，分布在主板的兩側。

經過前面提取的路徑邊線信息推算中心：當左右邊線點總體數量比較少的時候返回；假如僅有單側具有邊線點數據，那么經過校準對單側數據按照法線移動路徑寬度二分之一的距離；在能找出和一側能配對的另外一側邊線點的時候則直接求算其中心當作中點。計算完中點之后，對中點實施勻質化，便于后續的控制。

2 PID控制

因為智能小車系統是機器電路高度偶合的分布式體系，而且要顧及到軌道的真實環境，要構建準確的智能小車移動控制數理模型具有很大的困難，并且對車體機械構造常常做出修改，模型系數變動比較頻繁，理論運算方法可行性較差，最后運用了工程正定法。通過反復檢測，選取的PID調控對策是：

（1）把積分項參數改為零，得知對比于平穩性與準確性，舵機在這樣隨機體系中對動態反應功能的要求更嚴格。最主要的是，在KI歸零的狀況下，經過適當調整Kp，可知小車可以在直線高速運動過程中仍可以維持車體平穩，無任何振蕩，幾乎不用運用KI系數；

（2）微分項參數KD應用固定值，理由是舵機在普通軌道里均要良好的動態反應性能；

（3）對Kp，運用了數學函數方程，Kp隨中心位點和中點數值的偏差呈二次函數增加，在程序里其詳細代碼主要是：

Loca_Kp = （Loca_Error * loca_Error）/3 + 1500

其中，Local_Error是中心位點和中點數值的偏差。

經過反復的調節測試，最后選取了一組PID系數，獲得了比較良好的轉向調控效果。針對速度的調控，采取了增量式PID調節運算方法，基礎理論是直道增速，彎道降速。通過不斷測試，把每一場圖像獲得的黑線位點和速度PID系數值組成二次函數關系。在實際調試過程中，可知智能車直行道與彎道互相過度的時候增減速度較為靈敏，和舵機方向調控配合良好。

在程序里詳細代碼主要為：

SPID.VI_Ref = G_highestspeed - （58 - G_control） * （58 - G_control） * （G_highestspeed-G_lowestspeed）/ 3561

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