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1、第卷第期 年月 郑州轻工 业学院学 报自 然 科学版 洲 文章编号 只 一一以为一 基于控制器的智能 寻迹车的设计与实现 云 康 , 冯振伟 郑州轻工业学院机电工程学院 , 河南郑州 摘要 采用红外检刚 方式 , 并基于控制器 , 设计了智能寻迹车通过红外传感器检测 道路的引导线信息 , 如有偏 离则控制器控制舵机输出转角进行方向调整 , 从而达到智能跟踪引导线 的设计要求测试结果表明 , 该车抗光线干扰能力强 , 程序代码少 , 能够准确跟踪 引导线运行 关键词 红外检测微控制 器控制智能车 中图分类号 二 文献标志码 一 , 几 一 犷咭 , 郡 忍 哪彻 动几介以 , 腌脚乒彻“ , ,
2、 斤 , , 邵 , 一 加斌 引言 智能汽车又名轮式移动机器人 , 可作为安装有 特定设备的交通载体 , 使用在科学探索 、 工业生产 等场合目前 , 智能汽车的研究重点主要集中在视 频检测及基于其上 的目标检测 、 跟踪 、 避障等本文 拟针对具有黑色引导线并带有弯道 、坡道 等特定道 路 , 基于微控制器 , 设计能够自动识 别路径并跟踪行驶的智能模型车 系统设计 将处理器引人到智能 车 的开发中 , 设计思路为 由安装在智能车前端的传 感器检测道路黑色引导线信息 , 并将检测 到的信号 经过调理后送到智能车控制器 , 由此判断车身与引 导线的相对位置 , 如有偏离则根据算法控制舵机进
3、行方向调整 , 同时控制驱动电机跟踪引导线稳定行 驶 系统结构框图如图所示 卜, 收稿日期 一一 作者简介云康毅一 , 男 , 河南省祀县人 , 郑州轻工业学院助教 , 硕士 , 主要研究方向自动化测童 、测 试与控制 系统 第期云康等 基于控制器的智能寻迹车的设计与实现 道路检测模块 舵机驱动模块 速度检测模块 系统核心 控制器 电机驱动模块 加速度检测模块 调试接口模块 电源模块 舵机驱动电路 舵机驱动电路主要控制智能车根据道路形状 进行转向 舵机本身是一个位置随动系统 , 由舵盘 、 减速齿轮组 、位置 反馈电位计 、 直流电机和控制电 路组成 , 通过内部设计可以使舵盘输出转角正比于
4、给定的控制信号设计选择的舵机型号为四 控制信号是周期为 , 的信号 , 脉 冲宽度决定舵机输出的转角 舵机输出转角与控制 信号脉宽的关系如图所示 。 权淤 图系统结构框图 硬件设计 电源电路 电源模块为系统其他电路的可靠运行提供电 源保障车载主电源为 , 灯 的可充电镍锡 蓄电池 电路主板需要 , 电压供 电 , 可以分别采用 , 和块型 一 升压集成电路实现 , 道路检测电路 道路检测电路主要提取引导线相对于智能车 的偏移量 、方 向 、 曲率等信息 , 是实现智能车沿道路 自动运行的信息保障本设计采用红外检测方式 , 实时检测引导线的位置红外检测方式是指用红外 发射管发射红外线照射道路 ,
5、 由于道路表面与中 心 引导线具有不同的反射强度 , 故通过合理安排红外 发射接收管的空间位置即可检测到智能车前方的 道路信息 一 本设计选择公司 的 集成红外传感器 , 该器件灵敏度高 、可靠性好 红外 检测原理如图所示该检测电路元件参数的设置 会对车辆的道路适应性产生较大影响 , 最佳状态 是 , 在一定范围内 , 传感器既不进人饱和状态又能 够很好地识别引导线 一 鄂 图红外检测 电路图 图舵机输出转 角与控制信号脉宽之关系图 由图可知 , 设为舵机输出角度 , 是斜率 , 为脉宽值 , 设公式 二 , 将点 , 和 , 代人得 , 一 一 , 所以 一 求上式的反函数可得 舵机采用控制
6、 , 将脉宽换算成 占空比得 以刃科 上式可为控制程序提供占空比数据 电机驱动电路 车身后置驱动电机是整个智能车的动力来源 , 本模块电机型号为一电机驱动电路是控制 电机加速运行 、减速制动 的核心模块 , 采用控 制技术 笔者选择集成全桥驱动芯片 , 驱 动电路如图所示 速度检测 电路 为了使智能车能够稳定跟踪引导线的运行 , 除 了要控制前轮转向舵机外 , 还需要控制车速 , 使智 能车在急转弯时不至于因速度过快而冲出道路设 计采用磁电式检测方法 , 即将自制的沿圆周均匀嵌 人粒磁钢片 的圆盘固定在智能车后轮轴上 , 采 郑州轻工 业学院 学 报自 然 科学 版 年 氏 氏 已 图电机驱动
7、电路图 用霍尔式开关传感器读取圆盘转动时的输出脉冲 , 整型后送至控制器 , 计算智能车当 前运行速度 , 并根据算法调整智能车运行状态 软件设计 开发软件 开发软 件 采用公司的币。 是公司为系 列处理器提供的嵌人式应用开发软件包 , 是一款专 为工程人员设计的功能强大的图形化编程软件 , 包 含集成开发环境 , 处理器专家系统 , 全芯片仿 真等 控制算法 控制策略和算法的优劣直接决定智能车运行 的功能和性能为简单起见 , 将个红外传感器设 计为线阵 、等距离分布 的形式 , 并做成检测板安装 在智能车的正前端 算法思想为个红外传感器线阵中 , 中间的 传感 器单元检测到引导线则直行 ,
8、舵机不输出转 角 左侧的传感器单元检测到引导线 , 说明车体向 右偏离引导线 , 则舵机输出转角驱动智能车左转 同理 , 右侧的传感器单元检测到引导线 , 则舵机输 出转角驱动智能车右转越靠近两侧的传感器对应 的舵机输出转角越大根据位置参数 、 速度参数对 驱动电机进行参数调整 , 目的是使智能车回到引导 线的正 上方 , 达到 稳定跟 踪 道路引 导 线 的设计 要求 一, 由于检测板宽度有限 , 所以采用传感器线阵密 集排列 , 每个红外传感器之间的间隔为 , 但红外传感器是光柱反射型 , 相邻两个之间会出现 干扰在实际测试中 , 个传感器在相对引 导线横向移动时会对应输出种有效情况由于
9、舵机有最大偏转的限制性要求 , 所以在满足其 他机械条件后 , 可以采用线性比例控制 , 取每种情 况对应的舵 机输出角度 为 二 , 浑刃 一 感 刀毛 , 取整数 在实际试车中 , 还有个或个以上传感器同 时检测到引导线的情况 , 说明此时车身处于引导线 转弯 、交又 地带 , 丢弃检测结果 , 维持上一个检测周 期输出状态即可传感器检测模块检测到引导线时 输出高电平有效信号 , 具体算法见表 程序流程 主程序采用与相似的周期性检测控制思 想 , 每隔检测次引导线 、 车速及加速度数 据 , 根据程序处理结果调用舵机控制程序和驱动电 机控制程序 , 对智能车的运行状态进行实时控制 , 以完
10、成循线运行的要求主流程图如图所示 表程序控制算法表 检测信号 判断左偏或右偏位置参数 舵机转角 “ 舵机 驱动电机 一 一 二 以 二 】 二 刃 旧 一 第期 云 康等基于控制器的智能寻迹车的设计与实现 结语 测试表明 , 采用控制器和红外 检测方式设计并试制的智能循迹车 , 抗光线干扰能 力强 , 程序代码较少 , 车体跟踪引导线准确但该车 仍然存在红外测量点位较少 、舵机输 出转角不够流 畅的问题 , 可采用插补的方法进行改进 参考文献 黄开胜 , 金华民 , 蒋狄南 韩国智能模型车技术方案分 析 电子产品世界 , 以拓 , 卓晴 学做智能车 挑战飞思卡尔杯 北京北 京航空航天大学出版社
11、 , 一 吴建平 , 殷战国 , 曹思榕 , 等红外反射式传感器在自 主式寻迹机器人导航中的应用 中国测试技术 , 又 , 邱寄帆移动机器人寻线导航系统的设计与实现【 微计算机信息 , 以拓 , 邵贝贝单片机嵌入式应用的在线开发方法北 京清华大学出版社 , 以” 一 万永伦 , 丁杰雄一种机器人寻线控制系统【电子 科技大学学报 , , 吕国芳 , 黄林智 , 徐鸣一种机器人的寻迹算法 微 计算机信息 , 气, ,二,创 ,工, 一 单单片机系统初始化, , , 等 启启动定时器 调调用引导线 、 速度 、 加速度度 检检测程序序 调调用测量数据处理程序序 调调用舵机控制程序序 调调用驱动电机控
12、制程序序 图主流程框图 上接第页 就使得控制从用户进程转移到了驱动例程 , 当驱动 例程完成后 , 控制又被返回至用 户进程调 用过程 如图所示 用用户进程程 从从 设设备驱动程序序 设设备备 备驱动程序使用系统的标准内核服务 结论 本文所设计的中央控制系统兼具远程与本地 操作功能 , 其内嵌的网关和嵌人式功能 , 能够 使测定仪可靠地接人 , 远程用户可以通过浏 览器查询测量的结果并控制仪器测量 的过程本地 用户则可利用触摸屏 和打印机实现仪器各种操作 实践证明 , 此控制 系统长时间运行状况良好 , 极 大 地提高了仪器可操作性 参考文献 图用户进程调用驱动程序示意 图 系统中需要开发的硬
13、件驱动有以太网卡控制 器 、 触摸屏驱动 、 打印机的驱动程序其中 , 以 太网卡控制器被作为一种独立的设备类型处理 , 触 摸屏和打印机作为字符设备驱动处理系统用 叩结构将设备驱动程序和文件系统相关联 , 在这个结构里存放了设备各种操作的人口函数 , 设 杨小亮 , 崔光照基于嵌入式的化学发光测定仪 系统设计子郑州轻工业学院学报自然科学版 , , 李驹光 , 郑耿 , 江泽 明 嵌入式 开发详解 基 于系列 北京清华大学出版 社 , 以拓 黄布毅 , 张晓华家庭网络中央控制器体 系结构的研 究【 微计算机信息 , 于 明 , 范书瑞 , 曾祥烨嵌入式系统设计与开发 教程【北京电子工业出版社 , ,气