基于K60智能循跡小車的設計

楊睿琬+何志琴

【摘 要】隨著當今世界的發展，智能化已成為主流趨勢。智能設備能夠在非人為 干擾因素下完成預設好的任務。智能小車就是其中一個主要的體現。它可以在特定的環境下，通過識別標志物以及預先設定好的流程來完成目標任務。也可以協助工作人員來更加高效的完成任務。而且我們可以通過用計算機來使它更加精確的完成任務。

【關鍵詞】數據采集；PID控制；智能車

【Abstract】With the development of the world today， intelligent has become the mainstream trend. Intelligent equipment can be in the non-human interference factors to complete the preset tasks. Intelligent car is one of the main embodiment. It can be in a particular environment， through the identification of markers and a preset process to complete the target task. But also to assist the staff to more efficiently complete the task. And we can use computers to make it more accurate to complete the task.

【Key words】Data collection； PID control； Intelligent car

0 引言

智能車輛能夠通過自身的傳感器來感知小車外部的環境以及自身的狀態。智能小車運用了包括自動控制、數據采集、圖像處理、PID控制算法等在內的多種高新技術，完成了理論知識的完美融合。近年來，智能車已經成為自動化專業的寵兒，從舉辦十多屆的智能車競賽就可以看出。

1 硬件系統設計

該系統的主控電路以及驅動電路都是由Altium Designer6.9來設計的。原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、信號完整性分析和設計輸出等功能都是在該軟件中完成。

1.1 電源模塊

該系統我們采用了7.2V的蓄電池來供電，利用TPS7333、TPS7350、MIC29302、ASM1117四種穩壓芯片來構成穩壓電路。第一路通過TPS7333降壓到3.3V用來給單片機單獨供電；第二路通過TPS7350降壓到5V用來給編碼器以及CCD供電；第三路通過MIC29302芯片降壓到6.2V用來給舵機模塊單獨供電；第四路通過ASM1117降壓到3.3V用來給顯示屏以及撥碼開關來供電。用這樣多塊穩壓芯片的目的是為了達到每個模塊都能得到穩定電壓的目的。

1.2 CCD采集模塊

該系統的傳感器我們主要采用的是藍宙三代TSL1401CL線陣CCD，該傳感器的驅動程序主要是用單片機控制CLK以及SI兩個引腳按照特定的時序發出方波信號，AO引腳就會依次輸出128個像素點的模擬信號。

采集原理是通過中斷對賽道信號進行采集，主程序在采集完行的128個相素點后來完成對數據進行提取及當前黑線提取。其中，主程序主要完成的任務是：單片機初始化、CCD寄存器初始化、參數設置、黑線提取、舵機控制算法；PIT 5ms中斷服務程序完成速度的檢測以及速度的控制。

1.3 舵機驅動模塊

舵機的內部結構主要是由舵盤、齒輪組、位置反饋電位計、直流電機、控制電路板等構成。舵機的工作原理是脈寬信號給定參考位置，舵機內部電路通過反饋控制調節舵盤角位。舵盤角位是由PWM控制信號的脈寬來決定的。

舵機的控制方法主要是通過調節脈寬來控制舵機的角度。采用位置式PID

其中P數采用的是動態的，D參數采用的是靜態的，動態P參數采用的是二次函數。

1.4 電機驅動模塊

該系統的電機驅動模塊主要采用的增量式PID控制

電機驅動速度的基本思想是直道加速、彎道減速，這樣可以使得加減速變化的更為平滑。該系統車模采用的是雙電機驅動，我們為了解決差速問題采用了控制兩個驅動輪的轉速，，使其滿足阿克曼模型的要求。

阿克曼理論轉向特性，是以汽車前輪行駛過程中無側向力為假設條件的。該轉向特性的特點為：（1）汽車直線行駛時，4個車輪的軸線都互相平行，而且垂直于汽車縱向中心面；（2）汽車在轉向行駛過程中，全部車輪都必須繞一個瞬時中心點做圓周滾動，而且前內輪與前外輪的轉角應滿足下面關系式：

根據其幾何關系，最后推出：

其中V是根據黑線判斷的速度，V_left為左電機速度，V_right為右電機速度，a、k為轉彎系數。

這樣就可以基本實現兩輪差速，公式中可以通過調節a來改變差速的大小，通過增加k的值可以在入彎時提前差速，反之，則相反。

2 軟件系統的設計

軟件系統主要采用C語言開發。是在IAR7.3編譯環境下進行編譯的。在CCD控制系統的軟件中，程序的主流程是通過行中斷對賽道信號進行采集，主程序通過對數據的采集完成對黑線的提取。其中，主程序主要完成的任務是單片機初始化、傳感器寄存器初始化、參數設置、黑線提取、舵機控制算法；PIT 5ms中斷服務程序完成速度的檢測以及速度的控制。

3 結語

智能循跡小車的設計涉及了很多學科的內容，它集中運用了計算機、現代傳感、信息融合、通訊、人工智能及其自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。對智能小車的研究加深，有利于技術的實時更新，跟上國際化潮流。

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[責任編輯：朱麗娜]