智能汽車巡線系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　智能汽車巡線系統(tǒng)</b></p><p>　　摘要：本文介紹了如何制作智能車巡線系統(tǒng)，智能車能實(shí)現(xiàn)巡線主要是通過(guò)傳感器采集跑道信息，CPU接收到跑道信息后通過(guò)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理然后控制電機(jī)和舵機(jī)從而實(shí)現(xiàn)智能車巡線系統(tǒng)</p><p>　　關(guān)鍵字：智能車，CPU，傳感器，巡線</p><p><b>　　背

2、景</b></p><p>　　1953年，世界上第一臺(tái)無(wú)人駕駛牽引車誕生，這是一部采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤徑的自動(dòng)導(dǎo)向車。如今，隨著傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步以及各種智能算法的改進(jìn)，無(wú)人駕駛車發(fā)展也越來(lái)越快。根據(jù)不同的應(yīng)用，其速度、安全性、運(yùn)行時(shí)間也大相近庭。正是由于設(shè)計(jì)的高難度性，智能車設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，集成度越來(lái)越高功能越來(lái)越大，也就吸引了更多的人的關(guān)注。其中目前最受關(guān)注的是全國(guó)大學(xué)生飛思卡爾智能汽

3、車大賽，“飛思卡爾杯”智能車大賽源于韓國(guó)，是韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)汽車控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCSI2單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競(jìng)賽。該競(jìng)賽內(nèi)容涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、能源等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。</p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　受教育部高等教育司委托，高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)負(fù)責(zé)主辦全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽。

4、該項(xiàng)比賽已列入教育部主辦的全國(guó)五大競(jìng)賽之一。首屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車邀請(qǐng)賽于2006年在清華大學(xué)成功舉辦。此項(xiàng)賽事，在韓國(guó)已舉辦過(guò)多屆，其專業(yè)知識(shí)涉及控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等諸多學(xué)科，對(duì)學(xué)生的知識(shí)融合和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，對(duì)高等學(xué)?？刂萍捌囯娮訉W(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的推動(dòng)作用。在第一、二屆的比賽中參賽選手必須使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的競(jìng)賽車模，以Freescale公司生產(chǎn)的16位微控制器MC9

5、S12DG128作為核心控制單元。第三屆則要求參賽隊(duì)伍除了X系列的微處理器不用以外，其他8位和16位微控制器可由參賽對(duì)自己選擇（8位的單片機(jī)最多可選兩塊），這無(wú)疑給大家一個(gè)更位大的選擇余地，此屆比賽則準(zhǔn)許使用官方推薦的MC9S12XS128雙核芯片及以往的8位極16位單核微控核心2007年，中國(guó)大學(xué)生制作的智能車的速度已經(jīng)打破了韓國(guó)智能車比賽連續(xù)七屆的冠軍速度。該項(xiàng)賽事現(xiàn)已在我國(guó)是成功舉辦七次，大賽小車分為三個(gè)組別：電磁組、攝像頭組、光

6、電組。其中電磁組是在第五屆大賽上才</p><p>　　1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　韓國(guó)大學(xué)生智能模型車競(jìng)賽是韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)汽車控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以HCS12單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競(jìng)賽。組委會(huì)將提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車模型、直流電機(jī)和可充電式電池，參賽隊(duì)伍要制作一個(gè)能夠自主識(shí)別路線的智能車，在專門設(shè)計(jì)的跑道上自動(dòng)識(shí)別道路行駛，跑完整個(gè)賽程用時(shí)最短，而且技

7、術(shù)報(bào)告評(píng)分較高的參賽隊(duì)就是獲勝者。制作智能車，需要參賽隊(duì)伍學(xué)習(xí)和應(yīng)用嵌入式軟件開發(fā)工具軟件Codewarrior和在線開發(fā)手段，自行設(shè)計(jì)和制作可以自動(dòng)識(shí)別路徑的方案、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、模型車的車速傳感電路、模型車轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)以及微控制器MC685912DP256控制軟件的編程等等。隨著賽事的逐年開展，將不僅有助于大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的提高，對(duì)于高校相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)W術(shù)水平的提升也有一定幫助，最終將有助于汽車企業(yè)的自主創(chuàng)新，得到企業(yè)的認(rèn)可。

8、這項(xiàng)賽事在韓國(guó)的成功可以證明這一點(diǎn)。2000年智能車比賽首先由韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)承辦開展起來(lái)，每年全韓國(guó)大約有100余支大學(xué)生隊(duì)伍報(bào)名并準(zhǔn)予參賽，至今已舉辦5屆，得到了眾多高校和大學(xué)生的歡迎，也逐漸得到了企業(yè)界的極大關(guān)注。近年來(lái)，飛思卡爾半導(dǎo)體公司參與舉辦的智能車大賽有了</p><p>　　工程學(xué)院舉辦了首屆飛思卡爾智能車大賽。共有26組，涉及約52工科學(xué)生來(lái)自10個(gè)地方大學(xué)參加智能汽車競(jìng)賽。該國(guó)競(jìng)賽由馬來(lái)西亞科協(xié)舉

9、辦。</p><p><b>　　硬件電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)智能車的自動(dòng)巡線，首先最重要的是硬件電路的設(shè)計(jì)，沒(méi)有硬件的車就相當(dāng)于沒(méi)有四肢的人，肯定是無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡線的，所以要實(shí)現(xiàn)智能車的智能車巡線做好硬件也是很關(guān)鍵的，以下是硬件總體方案設(shè)計(jì)用流程圖表示如下：</p><p>　　2.1傳感器電路設(shè)計(jì)</p>

10、<p>　　2.1.1電磁傳感器的原理</p><p>　　根據(jù)電磁學(xué)，我們知道在導(dǎo)線中通入變化的電流（如按正弦規(guī)律變化的電流），則導(dǎo)線周圍會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)與電流的變化規(guī)律具有一致性。如果在此磁場(chǎng)中置一由線圈組成的電感，則該電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和通過(guò)線圈回路的磁通量的變化率成正比。由于在導(dǎo)線周圍不同位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向不同，所以不同位置上的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也

11、應(yīng)該是不同。據(jù)此，則可以確定電感的大致位置。</p><p>　　2.1.2電磁傳感器信號(hào)處理電路</p><p>　　智能車要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡線，首先是要有所識(shí)別的路徑，該路徑是一根導(dǎo)線里面通有頻率為20KHZ，占空比為50%，電流強(qiáng)度為100MA的電流，由于其信號(hào)比較弱，所以要通過(guò)信號(hào)的濾波、信號(hào)的放大和信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的信號(hào)的提取。</p><p><b

12、>　?。?）信號(hào)的濾波</b></p><p>　　要檢測(cè)到信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，首先要濾去其他頻率的雜波，所以通過(guò)一個(gè)LC震蕩回路來(lái)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)選頻（帶通濾波），濾波電路如圖2.1所示</p><p><b>　　圖2.1 濾波電路</b></p><p><b>　?。?）信號(hào)的放大</b>&l

13、t;/p><p>　　經(jīng)過(guò)信號(hào)的濾波之后電壓的波形已經(jīng)是較為完整的20KHZ的正弦波，但是由于該信號(hào)的幅值比較小，不利于電壓采樣，所以要通過(guò)放大電路進(jìn)行幅值的放大。由于共射電路輸出電阻小，很適合電路的要求，采用選用共射三極管放大電路,其原理圖如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2共射放大電路</p><p><b>　　（3）信號(hào)的處理</b>

14、;</p><p>　　由于放大過(guò)來(lái)的信號(hào)根據(jù)信號(hào)幅值的不同可以處理信號(hào)，當(dāng)處理信號(hào)時(shí)有兩種方案，一種是將信號(hào)模擬化，直接通過(guò)檢波電路然后通過(guò)單片機(jī)的AD來(lái)處理信號(hào)，另外一種是直接通過(guò)硬件處理成數(shù)字信號(hào)，由于第一種方案處理起來(lái)軟件比較麻煩，所以我選擇了第二種方案，LM 567的基本工作狀況有如一個(gè)低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個(gè)位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時(shí)，其開關(guān)就接通。而且通用的LM567還可以用做可變形發(fā)生器

15、或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時(shí)，所檢測(cè)的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500KHZ之間的任意值，檢測(cè)帶寬可以設(shè)定在中心頻率14%內(nèi)的任意值。而且，輸出開關(guān)延遲可以通過(guò)選擇外電阻和電容在一個(gè)寬時(shí)間范圍內(nèi)任意改變。所以選定LM567進(jìn)行信號(hào)的處理，當(dāng)檢測(cè)到該頻率的信號(hào)時(shí)輸出口將會(huì)輸出一個(gè)固定的電平，這樣就代表傳感器檢測(cè)到信號(hào)，其原理圖如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3 LM567信號(hào)處理電路<

16、/p><p><b>　　信號(hào)放大電路PCB</b></p><p><b>　　信號(hào)處理電路PCB</b></p><p>　　2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)有很多方案，通過(guò)查閱文檔可知，目前用的比較多的是是用一些集成芯片做的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，像MC33886、BTS7970

17、等集成芯片，但是用這些芯片有一個(gè)很不好的特征就是發(fā)熱嚴(yán)重，當(dāng)電機(jī)速度提高到一定程度的時(shí)候管子會(huì)發(fā)熱從而導(dǎo)致芯片自保護(hù)功能啟動(dòng)，車子會(huì)突然停轉(zhuǎn)，所以最終我們采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為一個(gè)由分立元件制作的直流電動(dòng)機(jī)可逆雙極型橋式驅(qū)動(dòng)器，其功率元件由兩只N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管和兩只P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，額定工作電流可以輕易達(dá)到 100A 以上，大大提高了電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該驅(qū)動(dòng)器主要由以下部分組成：電源電路、PWM 信號(hào)輸入接口、邏輯換向電

18、路、H橋等幾部分構(gòu)成，其原理圖和PCB如下圖2.4和圖2.5所示</p><p>　　圖2.4（a） 電源電路</p><p>　　圖2.4（b）信號(hào)輸入接口及邏輯換向電路</p><p><b>　　圖2.4（c）H橋</b></p><p><b>　　圖2.5</b></p>&

19、lt;p>　　2.3主控電路板的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)要穩(wěn)定工作，首先電源要穩(wěn)定，系統(tǒng)中有多路電源，7.2V，5V7.2V 電池電壓直接接到電機(jī)啟動(dòng)模塊，其中7.2V可以直接由電池供電，5V可以給單片機(jī)、舵機(jī)和編碼器供電，由于做各個(gè)模塊是分開做的，所以如果要把這些模塊都整合起來(lái)必須通過(guò)一個(gè)主控板連接起來(lái)才能相互通信，該主控板上集成了傳感器返回?cái)?shù)據(jù)端口、電機(jī)控制端口、舵機(jī)控制端口、編碼器測(cè)速端口以及一

20、些輔助端口來(lái)共同完成的，其原理圖和PCB以及3D封裝圖見(jiàn)圖2.6、圖2.7、圖2.8所示</p><p>　　圖2.6（a）單片機(jī)、編碼器、傳感器供電電源</p><p>　　圖2.6（b）舵機(jī)供電電源</p><p>　　圖2.6（c）接口電路</p><p>　　圖2.6（d）單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　

21、　圖2.7 主控電路板PCB</p><p>　　圖2.8主控電路板效果圖</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　程序及算法設(shè)計(jì)是該智能車系統(tǒng)的核心之一，程序設(shè)計(jì)的理念保持簡(jiǎn)潔、高效、穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)，切不可僅僅追求某一特殊彎道而忽略整體，同時(shí)要考慮實(shí)驗(yàn)室賽道類型不足，不可只針對(duì)某一賽道類型而設(shè)計(jì)程序。程序的設(shè)

22、計(jì)、調(diào)試、修改都需綜觀全局，仔細(xì)考慮每一行代碼是否有副作用，整體邏輯是否有矛盾、漏洞以及欠妥之處?？偟膩?lái)說(shuō)即控制車模在符合大賽規(guī)則前提下，以最短的時(shí)間跑完整個(gè)賽道， 該智能車系統(tǒng)首先需要對(duì)XS128芯片中的PWM模塊, 定時(shí)器模塊，I/O模塊等必備的模塊進(jìn)行初始化。PWM模塊主要是用來(lái)控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)以及電機(jī)的運(yùn)行；定時(shí)器模塊主要是用在速度脈沖采集和傳感器信息采集上，捕捉中斷并計(jì)算處理；I/O模塊主要是用于控制激光的發(fā)射和數(shù)據(jù)的接收，以及各

23、種控制信號(hào)。下面是程序設(shè)計(jì)的流程圖：</p><p><b>　　系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　3.1 傳感器信號(hào)采集</p><p>　　結(jié)合上面?zhèn)鞲衅鞯挠布娐房芍覀円呀?jīng)將傳感器處理成數(shù)字信號(hào)，最終返回出來(lái)的信號(hào)有以下幾種情況 </p><p>　　所以目前賽道信息總共是15種情況，提取位置信息程序如

24、下所示</p><p>　　void Sampling() </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if((SensorInfo[0]==0)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&

25、;&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1)) </p><p>　　SensorFlag=1; </p><p>　　else if((SensorInfo[0]==0)&&(SensorInfo[1]

26、==0)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1)) </p><p>　　SensorFlag=2; &

27、lt;/p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==0)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&

28、;&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=3;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==0)&&(SensorInfo[2]==0)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==

29、1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=4;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInf

30、o[2]==0)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=5;</p><p>　　else if((Sen

31、sorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==0)&&(SensorInfo[3]==0)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p>

32、;<p>　　SensorFlag=6;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==0)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&

33、;&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=7;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==

34、0)&&(SensorInfo[4]==0)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=8;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInf

35、o[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==0)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=9;</p&

36、gt;<p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==0)&&(SensorInfo[5]==0)&&(SensorInfo[6]==1)&&

37、(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=10;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&am

38、p;&(SensorInfo[5]==0)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=11;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]

39、==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==0)&&(SensorInfo[6]==0)&&(SensorInfo[7]==1))</p><p>　　SensorFlag=12;</p><p>　　else if((Sensor

40、Info[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==0)&&(SensorInfo[7]==1))</p>

41、<p>　　SensorFlag=13;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&

42、amp;(SensorInfo[6]==0)&&(SensorInfo[7]==0))</p><p>　　SensorFlag=14;</p><p>　　else if((SensorInfo[0]==1)&&(SensorInfo[1]==1)&&(SensorInfo[2]==1)&&(SensorInfo[3]==1

43、)&&(SensorInfo[4]==1)&&(SensorInfo[5]==1)&&(SensorInfo[6]==1)&&(SensorInfo[7]==0))</p><p>　　SensorFlag=15; </p><p>　　else return;</p><p><b>　　

44、}</b></p><p><b>　　3.2舵機(jī)控制程序</b></p><p>　　舵機(jī)控制是通過(guò)調(diào)節(jié)舵機(jī)的占空比從而調(diào)整舵機(jī)的速度的，當(dāng)給舵機(jī)一個(gè)固定的占空比時(shí)舵機(jī)會(huì)偏轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，所以根據(jù)返回的位置信息來(lái)調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，其舵機(jī)處理程序如下所示：</p><p>　　void ServoControl() </p&g

45、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　switch(SensorFlag)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　{</b></p>

46、;<p>　　ServoPWM=13698;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p><b>　　{</b></p&g

47、t;<p>　　ServoPWM=13434;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p><b>　　{</b></p&

48、gt;<p>　　ServoPWM=13170;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 4:</b></p><p><b>　　{</b></p

49、><p>　　ServoPWM=12906;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 5:</b></p><p><b>　　{</b><

50、/p><p>　　ServoPWM=12642;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 6:</b></p><p><b>　　{</b><

51、;/p><p>　　ServoPWM=12378;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 7:</b></p><p><b>　　{</b>&

52、lt;/p><p>　　ServoPWM=12114;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 8:</b></p><p><b>　　{</b>

53、</p><p>　　ServoPWM=11850;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 9:</b></p><p><b>　　{</b&g

54、t;</p><p>　　ServoPWM=11586;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 10:</b></p><p><b>　　{</

55、b></p><p>　　ServoPWM=11832;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 11:</b></p><p><b>　　{<

56、;/b></p><p>　　ServoPWM=11058;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 12:</b></p><p><b>　　{&

57、lt;/b></p><p>　　ServoPWM=10794;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 13:</b></p><p><b>　

58、　{</b></p><p>　　ServoPWM=10530;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　case 14:</b></p><p><b&g

59、t;　　{</b></p><p>　　ServoPWM=10266;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case 15:</b></p><p><b

60、>　　{</b></p><p>　　ServoPWM=10002;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　default: </b></p><p>&l

61、t;b>　　{</b></p><p>　　break; </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.3 PID控制算法</p><p>　　比例、

62、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。

63、PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控</p>

64、<p>　　制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直</p><p>　　到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤

65、差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這

66、樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。在本智能車的實(shí)際控制，由于檢測(cè)的離散特性，需要PID參數(shù)的選擇需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　對(duì)于硬件電路部分，一

67、定要用料扎實(shí)，穩(wěn)定第一，抗干擾性能一定要高。單片機(jī)電壓一定要穩(wěn)定，防止舵機(jī)和電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候拉低電壓導(dǎo)致復(fù)位。解決這個(gè)問(wèn)題最實(shí)用的辦法就是加上儲(chǔ)能器件，加上適當(dāng)大小的電容是必要的。儀表放大器的供電也要減少紋波。供給儀表放大器的電壓紋波越大，處理出來(lái)的傳感器信號(hào)越不穩(wěn)定。車在運(yùn)行的過(guò)程中，電機(jī)的強(qiáng)電流干擾時(shí)十分巨大的，會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)檢測(cè)電路，所以要單獨(dú)把這部分電路隔離開。 </p><p>　　軟件部分是整個(gè)控制系

68、統(tǒng)的核心。軟件上主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)： </p><p>　?。?） 怎樣判斷采樣回來(lái)的賽道信息的有效性； </p><p>　?。?） 怎樣根據(jù)傳感器信息判斷車身狀態(tài)；  </p><p>　?。?） 怎樣根據(jù)車身狀態(tài)打角。 </p><p>　　對(duì)于車模來(lái)說(shuō)，軟件控制是核心，而對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，舵機(jī)打角和速度控制都不算是核心，

69、真正的核心應(yīng)該是舵機(jī)打角和速度控制的相互配合！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 阮毅，陳伯時(shí) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第四版，機(jī)械工業(yè)出版社，2012年7月</p><p>　　[2] 邵貝貝 單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法. 北京-清華大學(xué)出版社 2004 </p><

70、;p>　　年10 月第1 版 </p><p>　　[3] 卓晴，黃開勝，邵貝貝 學(xué)做智能車 北京-北京航空航天大學(xué)出版社 2007 </p><p>　　[4] 譚浩強(qiáng) C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 北京-清華大學(xué)出版社 2004 </p><p>　　[5] 童詩(shī)白，華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京.-高等教育出版社．2000 </p><p&g