基于K60智能循迹小车的设计

【摘 要】随着当今世界的发展，智能化已成为主流趋势。智能设备能够在非人为 干扰因素下完成预设好的任务。智能小车就是其中一个主要的体现。它可以在特定的环境下，通过识别标志物以及预先设定好的流程来完成目标任务。也可以协助工作人员来更加高效的完成任务。而且我们可以通过用计算机来使它更加精确的完成任务。

【关键词】数据采集；PID控制；智能车

【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

智能车辆能够通过自身的传感器来感知小车外部的环境以及自身的状态。智能小车运用了包括自动控制、数据采集、图像处理、PID控制算法等在内的多种高新技术，完成了理论知识的完美融合。近年来，智能车已经成为自动化专业的宠儿，从举办十多届的智能车竞赛就可以看出。

1 硬件系统设计

该系统的主控电路以及驱动电路都是由Altium Designer6.9来设计的。原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、信号完整性分析和设计输出等功能都是在该软件中完成。

1.1 电源模块

该系统我们采用了7.2V的蓄电池来供电，利用TPS7333、TPS7350、MIC29302、ASM1117四种稳压芯片来构成稳压电路。第一路通过TPS7333降压到3.3V用来给单片机单独供电；第二路通过TPS7350降压到5V用来给编码器以及CCD供电；第三路通过MIC29302芯片降压到6.2V用来给舵机模块单独供电；第四路通过ASM1117降压到3.3V用来给显示屏以及拨码开关来供电。用这样多块稳压芯片的目的是为了达到每个模块都能得到稳定电压的目的。

1.2 CCD采集模块

该系统的传感器我们主要采用的是蓝宙三代TSL1401CL线阵CCD，该传感器的驱动程序主要是用单片机控制CLK以及SI两个引脚按照特定的时序发出方波信号，AO引脚就会依次输出128个像素点的模拟信号。

采集原理是通过中断对赛道信号进行采集，主程序在采集完行的128个相素点后来完成对数据进行提取及当前黑线提取。其中，主程序主要完成的任帐牵旱テ机初始化、CCD寄存器初始化、参数设置、黑线提取、舵机控制算法；PIT 5ms中断服务程序完成速度的检测以及速度的控制。

1.3 舵机驱动模块

舵机的内部结构主要是由舵盘、齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等构成。舵机的工作原理是脉宽信号给定参考位置，舵机内部电路通过反馈控制调节舵盘角位。舵盘角位是由PWM控制信号的脉宽来决定的。

舵机的控制方法主要是通过调节脉宽来控制舵机的角度。采用位置式PID

其中P数采用的是动态的，D参数采用的是静态的，动态P参数采用的是二次函数。

1.4 电机驱动模块

该系统的电机驱动模块主要采用的增量式PID控制

电机驱动速度的基本思想是直道加速、弯道减速，这样可以使得加减速变化的更为平滑。该系统车模采用的是双电机驱动，我们为了解决差速问题采用了控制两个驱动轮的转速，，使其满足阿克曼模型的要求。

阿克曼理论转向特性，是以汽车前轮行驶过程中无侧向力为假设条件的。该转向特性的特点为：（1）汽车直线行驶时，4个车轮的轴线都互相平行，而且垂直于汽车纵向中心面；（2）汽车在转向行驶过程中，全部车轮都必须绕一个瞬时中心点做圆周滚动，而且前内轮与前外轮的转角应满足下面关系式：

根据其几何关系，最后推出：

其中V是根据黑线判断的速度，V_left为左电机速度，V_right为右电机速度，a、k为转弯系数。

这样就可以基本实现两轮差速，公式中可以通过调节a来改变差速的大小，通过增加k的值可以在入弯时提前差速，反之，则相反。

2 软件系统的设计

软件系统主要采用C语言开发。是在IAR7.3编译环境下进行编译的。在CCD控制系统的软件中，程序的主流程是通过行中断对赛道信号进行采集，主程序通过对数据的采集完成对黑线的提取。其中，主程序主要完成的任务是单片机初始化、传感器寄存器初始化、参数设置、黑线提取、舵机控制算法；PIT 5ms中断服务程序完成速度的检测以及速度的控制。

3 结语

智能循迹小车的设计涉及了很多学科的内容，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及其自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。对智能小车的研究加深，有利于技术的实时更新，跟上国际化潮流。

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