新型智能小车系统的研究与设计

金致灵++殷悦++张跃中

摘要：伴随智能化控制技术和理论进一步的发展，在交通运输过程中的愈来愈多的被运用。随后提出了智能车辆的概念。本篇文章重点以智能汽车为核心，经过构建硬件系统，制定以MK60DN512微型控制器为中心控制模块的软件系统。经过CMOS探测头監测轨道数据，运用仿真比对器对图形实施硬件二值化，从中提出黑色指引线，用作对路径鉴别，从而自行循迹；经过光电编码器测试智能小车的实时速度，运用PID控制运算方法调整电动机的转动速度与舵机的转角，完成对智能小车移动速度与移动方向的闭环操控。

关键词：智能小车轨道鉴别；自行循迹；PID控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0205-01

1 小车硬件系统的概述

智能小车的硬件组成，以小车模型为载体，功能单元重点包含单片机、传感器单元、电动机驱动单元、轨道识别单元、电源部分和测试辅助单元。里面舵机通常是由单片机来带动运行。智能小车模型以MCU为中心，为让智能小车可以快速移动，单片机必需将轨道的快速判定、对应舵机方向操控和直流电动机的操控精确的联合在一块。

重点从系统的平稳性、可靠性、实际应用性等层面来思考硬件的整体设计。可靠性与平稳性是系统可以实现预期功能的主要基础。在结构图和PCB的制定当中，顾及到每个功能单元的电性和他们之间的耦合作用。智能小车操控系统线路由三个模块构成：用于全部控制和动力供应的MK60DN512微小系统板、ZLG7280键盘，LCD液晶屏。微小系统板能够插进主板中，构成了信号采样，信号接收、电动机操控、舵机操控模块。为降低电动机驱动线路造成的电磁影响，将调控模块与电动机驱动模块分离，分布在主板的两侧。

经过前面提取的路径边线信息推算中心：当左右边线点总体数量比较少的时候返回；假如仅有单侧具有边线点数据，那么经过校准对单侧数据按照法线移动路径宽度二分之一的距离；在能找出和一侧能配对的另外一侧边线点的时候则直接求算其中心当作中点。计算完中点之后，对中点实施匀质化，便于后续的控制。

2 PID控制

因为智能小车系统是机器电路高度偶合的分布式体系，而且要顾及到轨道的真实环境，要构建准确的智能小车移动控制数理模型具有很大的困难，并且对车体机械构造常常做出修改，模型系数变动比较频繁，理论运算方法可行性较差，最后运用了工程正定法。通过反复检测，选取的PID调控对策是：

（1）把积分项参数改为零，得知对比于平稳性与准确性，舵机在这样随机体系中对动态反应功能的要求更严格。最主要的是，在KI归零的状况下，经过适当调整Kp，可知小车可以在直线高速运动过程中仍可以维持车体平稳，无任何振荡，几乎不用运用KI系数；

（2）微分项参数KD应用固定值，理由是舵机在普通轨道里均要良好的动态反应性能；

（3）对Kp，运用了数学函数方程，Kp随中心位点和中点数值的偏差呈二次函数增加，在程序里其详细代码主要是：

Loca_Kp = （Loca_Error * loca_Error）/3 + 1500

其中，Local_Error是中心位点和中点数值的偏差。

经过反复的调节测试，最后选取了一组PID系数，获得了比较良好的转向调控效果。针对速度的调控，采取了增量式PID调节运算方法，基础理论是直道增速，弯道降速。通过不断测试，把每一场图像获得的黑线位点和速度PID系数值组成二次函数关系。在实际调试过程中，可知智能车直行道与弯道互相过度的时候增减速度较为灵敏，和舵机方向调控配合良好。

在程序里详细代码主要为：

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

参考文献

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