智能車模型控制系統(tǒng)

【摘 要】智能車模型是以一個(gè)四輪車模為基礎(chǔ)，以一片MC9S12XS128MAL芯片智能車的微控制器，利用CCD信號(hào)檢測(cè)道路基本信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自定義行車軌跡及其以黑色引導(dǎo)線（本課題寬度為25mm）作為引導(dǎo)方式下完成的行駛過程，行車軌跡必須在6m×8m的場(chǎng)地完成，且必須有五個(gè)以上的彎道，其中包括三個(gè)直角彎道和兩個(gè)180°彎道；利用單片機(jī)輸出PWM脈沖和驅(qū)動(dòng)控制舵機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，使小車能夠安全行駛于預(yù)先設(shè)計(jì)好的路線，并且能在終點(diǎn)處自動(dòng)停車。

【關(guān)鍵詞】智能車 反饋 控制 太陽能

【中圖分類號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2014）14-0080-02

本文主要基于攝像頭通過攝像反饋于單片機(jī)，通過單片機(jī)作出判斷后，再由單片機(jī)傳輸給速度調(diào)節(jié)控制器，作出相應(yīng)的判斷，為了更加精確地了解車速，也可以安裝編碼器，對(duì)其進(jìn)行更加精確的速度變化檢測(cè)，使得電機(jī)精確地調(diào)節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，確保利用最短的時(shí)間以最大最合適的速度在保證不會(huì)脫離軌道的原則上安全行駛。本課題的創(chuàng)新之處在于，安裝了太陽能集電裝置，可以利用太陽能集電裝置在車輛停止工作時(shí)收集電能，補(bǔ)充智能車的電能，達(dá)到更加高效、清潔的理念。此技術(shù)響應(yīng)了新能源汽車的號(hào)召，也可以應(yīng)用于工廠的自動(dòng)化控制，用于車間之間的無人傳輸，應(yīng)用于無人駕駛等領(lǐng)域。

一 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用MC9S12XS128MAL芯片作為基本控制單元，通過CCD信號(hào)、電感式接觸開關(guān)等器件來采集各類信息，送入主控單元芯片，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。具體地說，就是通過攝像頭傳感器對(duì)汽車行駛的模擬路況進(jìn)行智能化判斷，通過芯片對(duì)智能車車速的快慢以及是否轉(zhuǎn)彎進(jìn)行操縱，同時(shí)還將利用太陽能裝置對(duì)太陽能進(jìn)行收集，將收集到的太陽能有效地加載在智能車模型的攝像頭、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及控制電路，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車的智能化控制，而且合理有效地利用了太陽能資源。

圖1 系統(tǒng)工作原理框架圖

二 基本模塊的設(shè)計(jì)

第一，智能化控制。通過攝像頭對(duì)外界路況進(jìn)行信息收集，之后反饋給智能車芯片，芯片根據(jù)程序作出一系列反饋，讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)和舵機(jī)作出反應(yīng)，有效控制車速以及是否轉(zhuǎn)彎，以達(dá)到智能化操作的效果。

第二，車速檢測(cè)模塊。在智能車模型的車輪的齒輪部分安裝編碼器，編碼器有效的測(cè)試車速，及時(shí)準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)反饋給芯片，讓芯片更加準(zhǔn)確地作出合理的判斷，使得有效地控制車速。

第三，太陽能集電裝置。通過太陽能電池板有效地將太陽能收集起來，并得以儲(chǔ)存，再將儲(chǔ)存的太陽能以5.0V的大小輸出，在智能車自帶電池電量不足時(shí)，供給智能車模型的驅(qū)動(dòng)模塊以及其他控制電路，實(shí)現(xiàn)太陽能資源與電動(dòng)汽車的有機(jī)結(jié)合。

圖2 電池管理分配圖

通過攝像頭準(zhǔn)確有效的確定了外界道路情況，提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)讓芯片作出判斷，并讓智能車進(jìn)行正確有效的操作，也將太陽能技術(shù)與電動(dòng)汽車有機(jī)結(jié)合，不僅可以有效的行駛，而且可以有效地利用能源。安裝于智能車模型設(shè)備上的攝像頭對(duì)路況進(jìn)行分析，通過CCD傳感器將信息輸給CCD模塊，對(duì)此作出判斷反饋，之后輸給控制核心芯片，讓芯片綜合來自于編碼器的信息作出有效的判斷，之后通過輸出裝置傳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和其他部件，讓智能車模型達(dá)到最適宜的速度朝既定方向行駛，并有效利用了太陽能資源。

三 控制系統(tǒng)的工作流程

第一步：信號(hào)的收集。安裝在智能車模型的CCD傳感器拍攝道路圖像，并以PAL制式信號(hào)輸出到CCD信號(hào)處理模塊進(jìn)行二值化并進(jìn)行視頻同步信號(hào)分離。

第二步：信號(hào)的轉(zhuǎn)換及傳遞。二值化后的數(shù)據(jù)和同步信號(hào)同時(shí)輸入到控制核心芯片，進(jìn)行進(jìn)一步處理以獲得圖像信息。

第三步：信號(hào)的分析與處理?？刂坪诵男酒瑢?duì)數(shù)據(jù)作出判斷后反饋給各個(gè)執(zhí)行元件。

第四步：命令的發(fā)出及執(zhí)行?？刂坪诵男酒瓿尚盘?hào)分析處理后，發(fā)出命令信號(hào)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)以及其他模塊做以輸出，合理有效地控制智能車的轉(zhuǎn)向與車速。

四 具體實(shí)施方式

智能車模型采用核心芯片結(jié)合汽車電子，CCD傳感控制技術(shù)，將模擬路況與本系統(tǒng)相結(jié)合，并將太陽能集電裝置與電動(dòng)汽車有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了能源的有效利用。

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* 指導(dǎo)老師：佟亞洲

通過CCD傳感器拍攝賽道圖像并以PAL制式信號(hào)輸出到CCD信號(hào)處理模塊進(jìn)行二值化并進(jìn)行視頻同步信號(hào)分離，二值化后的數(shù)據(jù)和同步信號(hào)同時(shí)輸入到控制核心芯片，進(jìn)行進(jìn)一步處理以獲得圖像信息。

第一，CCD傳感器拍攝賽道圖像并以PAL制式信號(hào)輸出到CCD信號(hào)處理模塊進(jìn)行二值化并進(jìn)行視頻同步信號(hào)分離，二值化后的數(shù)據(jù)和同步信號(hào)同時(shí)輸入到控制核心芯片，進(jìn)行進(jìn)一步處理以獲得圖像信息。

第二，通過光電轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)車速，并采用核心芯片的輸入捕捉功能進(jìn)行脈沖技術(shù)計(jì)算速度和路程。

第三，通過片上AD檢測(cè)電池電壓；舵機(jī)轉(zhuǎn)向采用分段PID控制；電機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用PID控制，通過PWM控制驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整電機(jī)的功率。

第四，車速的目標(biāo)值由默認(rèn)值、運(yùn)行安全監(jiān)控和基于路徑記憶優(yōu)化策略綜合控制。

第五，通過太陽能集電裝置收集電量，在智能車電量不足的情況下，太陽能電池集電裝置可補(bǔ)充一定的電量，使其得以正常運(yùn)行。

核心芯片電子控制的核心在于精確合理地輸入判斷信息以及完善的處理程序，智能車模型在智能化控制車速轉(zhuǎn)向的同時(shí)，還參考了汽車自身結(jié)構(gòu)對(duì)慣性的利用。為避免智能車供電電池電量過低的情況，特添加了太陽能集電裝置，通過太陽能集電裝置收集電量，合理有效地儲(chǔ)存，使本套裝置更傾向于智能化與清潔化。

該智能控制系統(tǒng)融入了自動(dòng)控制、人工控制、傳感器技術(shù)、圖像處理技術(shù)等多門學(xué)科，在添加太陽能電池板的外在設(shè)備的條件下，使得太陽能技術(shù)與電動(dòng)智能車有機(jī)結(jié)合。增加了太陽能集電裝置，可以有效利用太陽能資源，讓智能車在不工作的狀態(tài)下收集能源，這些能源可以合理利用在智能車模型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及給芯片供電，達(dá)到智能化的效果。

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〔責(zé)任編輯：高照〕