智能车自动寻迹控制的研究

智能车自动寻迹控制的研究

0基于光电传感器的智能仿真检测智能车辆也被称为自动移动的制造商，可以根据预测模式自动移动到特定环境，不需要人工干预。它可以用来科学研究、现代物流等。针对路面采用白色标记线条作路径引导线的应用场合,光电传感器与CCD/CMOS图像传感器是常用的路径识别传感器。光电传感器因物理结构和信号处理方式简单的特点而被广泛应用于结构化环境和低成本产品中,虽然存在检测距离近、预测性差的弱点,但通过合理设计和选择光电传感器并结合合适的信息处理软件和鲁棒控制策略能够满足上述简单环境场合需要。设计一种基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统,其中16路巡线传感器阵列采用LED和光敏电阻制作而成,通过传感器测量电路对路面和车速信号进行检测。利用单片机采集处理光电传感器信息并基于路径标记线结构化信息模式匹配的寻迹控制策略对小车进行寻迹控制。1传感器的安装在智能小车寻迹系统中,传感器要感知的对象是物体有无和接近程度,与精确的测距系统不同,只要求判断出简单的阈值或提供远、近分档距离信息即可。因此使用简单的光电传感器实现小车寻迹和避障是可行的。系统中使用两组反射式光电传感器,其中一组自制的16路光电传感器阵列用于路面标记线信息检测即巡线,另一组选用商用红外光电传感器产品FS-359F,用于检测四周的障碍物和小车主动轮的转速。用于巡线的16路光电传感器阵列安装在智能小车的底部。光源为16个高亮LED发射管,用16个光敏电阻接收来自地面的反射光线。为增加径向探测距离,LED发射管和光敏电阻的安装平面成一定的角度。光敏电阻接收的反射光强信号经检测电路转换为电压输出信号Vout,它是反射面与传感器间距x的函数,当反射面物质不同时,Vout与x的关系曲线不同且为非线性。在光强信号转换电路和信号处理软件中,设定输出电压Vout达到某一阈值电压时作为感兴趣目标,当输出电压Vout距离阈值电压不同时则判定为不同目标。当x一定时,反射光强还与反射面的特性有关,当光线照射到白色标记时会有较大的反射,光敏电阻接收到的反射光强就较大;如光线照射到背景地面,因背景地面会吸收大部分光线,光敏电阻接收到光强就很弱。利用16路传感器根据白色标记线和深色背景反射率大小将反射光强分为16个index区间,通过对16个传感器index值的组合来获得车身相对于路径标记线的位置,从而对位置和行驶方向都能做较精确的控制。光敏电阻是一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。采用的光电传感器测量转换电路如图1所示。用于测速的反射式红外传感器FS-359F安装在紧靠车轮两侧。FS-359F采用048W型封装,便于安装。对于障碍物的检测,选用性价比较高的043W封装的FS-359F。在没有强烈日光干扰下探测距离能达8cm,完全能满足探测距离要求。2智能车整体控制板设计智能车自动寻迹控制系统的硬件组成如图2所示。寻迹系统的工作过程是:16路巡线传感器探测路面信息,速度传感器检测当前车速,避障传感器检测智能车四周的障碍物,传感器输出的微弱电信号经传感器信号处理电路调理后送入到单片机,单片机对采集到的信号进行分析处理并做出逻辑判断和寻迹控制决策后输出两路PWM电机调速信号,PWM信号再经预驱动和MOS管驱动电路后分别控制2个主动轮上直流电机的转速,最终实现控制小车行进方向和速度的功能。此外,智能小车硬件电路中还预留一定数量的IO接口,便于实现外部机械装置开关控制,完成相应动作。2.1s1专用复位电路主控制电路是寻迹系统的控制核心,完成传感器转换电路信号的接收、路面和车速信息处理以及小车运动速度、方向、位置控制等功能。其中微控制器选用宏晶科技生产的新型高速/低功耗/超强抗干扰单片机STC12C5A60S2,其内核和指令代码完全兼容8051单片机,但速度快8~12倍。其内部集成MAX810专用复位电路,具有35个I/O口,由P0、P1、P3、P2和P4口提供,2路PWM输出,8路10位高速A/D转换器(250KPS),适用于强干扰应用场合。为提高口线利用效率,使用2片74HC245总线驱动电路实现单片机P2口的复用,用P4.4口线进行复用控制,当P4.4为低电平时,P2口接收到的是16路巡线传感器的低8位信号QQ0~QQ7,当P4.4为高电平时,P2口接收到的是16路巡线传感器的高8位信号QQ8~QQ15。采用P0口接收来自避障和测速传感器的8路输入信号。另外,通过单片机输出的两路PWM信号实现电机调速控制。2.2u3000处理电路传感器信号处理电路用于将16路巡线传感器采集到的微弱信号的进行放大、比较、限幅、整形处理后送入主控电路板上的传感器接口并驱动指示用的发光二极管工作。这些发光二极管亮灭指示当前某路传感器是否在地面白条上。单路巡线传感器的信号处理电路如图3所示。若SEN0为地面白条反射的有效信号,通过调节RW1,使U1A的电压输出QQ0为9.5~10V,若SEN0为地面背景反射的信号,根据地面背景的颜色以及光滑程度,QQ0大致在4~6V,越低越好。放大后的信号QQ0送到LM324构成的电压比较器的反相输入端,比较器的同相端接8V的基准电压QV0,当传感器检测到地面白条时,QQ0电压大约为9.5~10V,比较器输出低电平,接近于0V,通过反相器使得QA0输出为5V;若传感器检测的是地面背景,QQ0电压大约为4~6V,比较器输出高电平,接近于12V,通过4.5V的稳压管,使得反相器输入端为4.5V左右的高电压,反相器输出QA0为0V左右。16路的输出QA0~QA15送入主控制器电路。2.3智能促进电机控制的控制装置设计电机驱动电路接受主控制板发来的电机速度和方向控制信号,通过MOS管驱动电路、MOS管和继电器驱动小车主动轮上的2个直流减速电机。通过改变PWM信号的占空比来控制电机的转速;利用方向控制信号,控制直流电机的正反转,从而实现智能小车的前进、后退和转弯。PWM调速电机驱动电路的原理框图如图4所示。其中2路NMOS管驱动电路分别用来驱动左轮和右轮电机,预驱动芯片采用IR2110,输入信号为微控制器输出的PWM脉宽信号,能够直接控制75N75MOS管的通断而实现电机调速。电机MOS管驱动电路原理如图5所示。3系统初始化和路面和车速信息采集显示部分智能小车寻迹控制系统软件包括单片机信号与信息处理、寻迹控制策略以及电机速度方向控制等功能模块。其流程如图6所示,主要包括系统初始化、路面和车速信息采集处理显示、车速和方向控制、寻迹控制策略等。系统初始化包括单片机特殊功能寄存器、定时器、PWM控制寄存器等初始化功能;路面和车速信息采集处理显示部分包括16路巡线传感器标记线结构化信息采集、障碍物检测、车速检测和显示等功能;车速和方向控制主要通过扫描巡线、障碍物和车速等传感器实时获取路面和车速反馈信息并采用逻辑判断和经验决策来实现;寻迹控制策略为利用巡线传感器实时获取标记线结构化模式信息,并结合方向控制历史数据,采用结构化模式信息匹配、方向控制历史数据分析和逻辑判断决策的方法进行针对简单通过环境的寻迹控制。4s1单车寻迹控制设计了一种基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统,采用反射式光电传