基于电磁巡航技术的无人车研究与设计

贵州大学电气工程学院 张海平 何志琴 李安华

0 引言

当代社会技术的发展，无人驾驶智能车可能会是将来发展的目标。它可以根据预先定义的规则在环境中或在多个环境中自动操作，而不需要人为再额外的做任何操作。本文介绍了一种新的基于电磁巡航技术的无人车系统的设计思路，并给出了系统整体设计方案[1,2]。本次设计中使用舵机控制方向，后轮作为动力驱动，使用两个直流电机，在弯道时，可以通过差速控制辅助舵机转弯，使无人车可以更加的迅速且平稳的过弯，舵机控制算法方面采用分段PID控制，转向平滑迅速[3]。

1 系统整体框架设计

电磁式巡航无人车在道路上的位置信号由安装在车体前面的电磁传感器获取，经滤波和放大电路进行处理后，将该信号发送至单片机上，利用单片机内部的AD模块进行模数转换，再通过一些数据处理的方法得到能够直接利用并能够控制无人车自行运作的参数。通无人驾驶智能车需要获取当前车速作为调节车辆速度的标准，所以使用编码器作为反馈，利用编码器的脉冲计数功能获取无人驾驶智能车的当前速度。利用控制算法产生PWM波控制H桥电路驱动电动机旋转的同时[4]。此外，还增加了辅助调试模块——OLED显示屏，解决了在电脑上观看数据的不方便性。

图1 系统的整体框架图

如图1所示，本系统主要是由K60单片机、电机驱动、舵机控制、信号采集、编码器测速、电源电路和OLED显示屏等模块构成。

2 信号检测系统设计

为了有效的避开其他磁场的干扰，选择频率为20kHz的交变磁场作为路径中心信号线的磁场信号，但产生的电磁感应信号非常微弱，为了去除别的干扰信号的影响，故利用了LC并联谐振电路进行选频放大处理电路。

图2 LC并联谐振电路

3 软件设计

3.1 方向控制

舵机的控制实质上就是小车的方向控制，主要是以小车自身的位置为参考，通过“始终使小车逼近道路中心的电磁信号线”的思想，控制舵机进行打角进而控制电磁式巡航无人车的前轮进行转向，因此选择一个比较合适的控制算法，提高舵机打角的“平滑度”从而提高无人车的运动性能，有着非常直接的影响[5]。此处选择分段PD，它把道路的宽度分成很多段，在每一个小段内，都有对应的一套PD参数控制，使得舵机打角变得细化，舵机会根据弯度的大小而做出响应，增加了舵机打角的“平滑度”[6]。

3.2 速度控制

速度控制的基本思想是“直线道度加速，曲线道路减速”，其程序流程图如图3所示。

其中，Speed_Dy0是一个常量，也是一个经验值，在此处是10；是小车速度的一个临时值，它是一个中间变量；和分别是小车的最高速度和最低数度，一般是在调车是根据不同的PD参数而设置；是偏差的中心值，此处我设置的是100，它也可以看作是一个经验值；是本次设计的电磁式巡航无人车的当前车速，是输出速度。

图3 速度控制程序流程图

4 结论

智能车技术是一项综合性技术，它主要包含了自动控制理论、传感器与检测技术、单片机技术、电力电子技术、数模电等多门学科的技术[6]。电磁式巡航无人车技术只是当中的一个分支而已，在智能交通方面拥有者比较广阔的应用前景，[7]。本文介绍了电磁式巡航智能车的两大系统——硬件系统和软件系统的设计，并实现了电磁式巡航无人车自主的检测路径中间的电磁信号线所产生的电磁信号，从而使无人车自主的循迹行驶，本文重点介绍了无人车硬件电路的设计，并针对性的设计了针对电磁式巡航无人车的两大控制对象舵机和电机的控制算法。