基于mc9s12xs128單片機(jī)系統(tǒng)的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第34卷第1期2013年2月華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerVo134NO1Feb2O13DOI：103969／jissn1002—5634201301027基于MC9S12XS128單片機(jī)的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嚴(yán)大考，李猛，鄒棟，張純梁(華北水利水電學(xué)院，河南鄭州450045)摘要：為實(shí)現(xiàn)車輛的智能行駛，以電動(dòng)小車為

2、研究對象，設(shè)計(jì)了一種以MC9S12XS128單片機(jī)為控制核心，由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、圖像采集模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成的硬件電路，以HQ7620攝像頭采集道路信息的智能車控制系統(tǒng)針對外界環(huán)境的干擾，提出了一種二值化與中值濾波相結(jié)合的濾波除噪的方法，結(jié)合邊緣檢測法提取有效的黑線，使小車能夠沿著賽道精準(zhǔn)快速前行采用經(jīng)典的PID控制算法對電機(jī)速度和舵機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，通過MATLAB對PID控制參數(shù)進(jìn)行整定，極大地提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性經(jīng)

3、試驗(yàn)驗(yàn)證：該系統(tǒng)可使小車達(dá)到15m／s的穩(wěn)定循跡速度，達(dá)到了自動(dòng)控制的目的關(guān)鍵詞：智能車；自動(dòng)控制；圖像處理；黑線提?。籔ID算法中圖分類號：TP2735；U4615文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002—5634(2013)O1—0106—05進(jìn)入2l世紀(jì)以來，隨著自動(dòng)控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、汽車電子技術(shù)、通信技術(shù)等的飛速發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)將各種高新技術(shù)以及實(shí)際駕駛操作經(jīng)驗(yàn)融入汽車設(shè)計(jì)中，以提高汽車駕駛的安全性能和能源利用率，所以，涵蓋多種前沿科學(xué)

4、技術(shù)的智能車輛成為研究熱點(diǎn)筆者以電動(dòng)小車為研究對象，以具有良好分辨率和前瞻性的CMOS攝像頭作為循跡傳感器，提取賽道黑色帶狀引導(dǎo)線的中心，由核心控制器做出決策，輸出一定的占空比控制電機(jī)和舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對小車轉(zhuǎn)向和速度的自動(dòng)控制最后運(yùn)用CodeWarrior和MATLAB軟件對程序和參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，使小車達(dá)到最佳行駛狀態(tài)1系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架良好的硬件電路是智能車平穩(wěn)快速前行的保障，因此設(shè)計(jì)過程中要充分考慮其可靠性、簡潔性和兼容性其硬件系統(tǒng)框架

5、如圖1所示11電源模塊電源模塊能夠給整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在電路中，除了要考慮電壓、電容和電流等參數(shù)之間的相互影響外，還要在電源電能利用效率和抗干擾方面做出優(yōu)化硬件電路的電源由壽命長、污染小的72V鎳鎘充電電池提供，由于各模塊所需電壓不一樣，采用穩(wěn)壓芯片對其進(jìn)行分壓，同時(shí)采用多路供電，以減少各模塊問的相互干擾，電源管理模塊如圖2所示圖1硬件系統(tǒng)構(gòu)架圖2電源模塊框圖收稿日期：2012—08—30基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)

6、項(xiàng)目(112102210104)作者簡介：嚴(yán)大考(1955一)，男，河北冀州人，教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方面的研究108華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)2013年2月過處理后，滿足系統(tǒng)的要求111O1111m1111lol1llll11llll0111111111土t111111土1111111111111111土11土111量11111工工1111111111111量1111OOOmmmmm1土11土1IOo1111111111111m

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8、001土111111OOOO1111重11111OOO111111I100OO11111m111OOOm1m11111m1圖5二值化處理后的圖像圖6加入噪點(diǎn)的圖像11111O1111m1o0111土11111lllOOlI1lllll1l1111mO1m111m1111土11110O1I111m110111111oo111111111111110O111m1111111111oo111111111111iOo11111111工11OOI

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10、后的圖像23黑線提取為使小車能夠沿著黑線中心平穩(wěn)快速前行，采用邊緣檢測法提取黑線，由于經(jīng)過處理的圖像只有2種像素值且黑白跳變明顯，故能快速尋找邊緣由于賽道上的黑色帶狀引導(dǎo)線是連續(xù)的，相鄰兩行的跳變點(diǎn)也是相鄰的，利用這一特性，可根據(jù)上一行查找到的邊緣，在其附近對下一行的邊緣進(jìn)行搜索這種算法可有效減少單片機(jī)的運(yùn)算量，高效尋找邊緣，同時(shí)也提高了程序的抗干擾能力黑線的提取思想如下1)求黑線中心時(shí)，由于近處黑線清晰且穩(wěn)定，遠(yuǎn)處黑線模糊不穩(wěn)定，故由

11、近到遠(yuǎn)地提取黑線中心考慮遠(yuǎn)處黑線分辨率低且存在失真，因此要?jiǎng)討B(tài)地確定查找黑線邊緣的閾值和相鄰行黑線中心的位置差別2)對圖像逐行掃描，判定掃描行的第一個(gè)點(diǎn)是否為白點(diǎn)，如果是就開始計(jì)數(shù)直至遇到黑點(diǎn)，記下此時(shí)白點(diǎn)的個(gè)數(shù)o而后開始對黑點(diǎn)計(jì)數(shù)直至遇到白點(diǎn)，記下黑點(diǎn)數(shù)為6，由此得到的黑線中心為(nb1／23)黑線的寬度是固定的，通過設(shè)定閾值的辦法判定提取的黑線是否有效，可以濾除“過寬”、“過細(xì)”黑線的干擾4)由于黑色引導(dǎo)線是連續(xù)的，因此可根據(jù)上一行

12、求出的黑線中心的位置來判定本行求出的黑線中心是否有效，從而避免影響單片機(jī)的處理速度，滿足實(shí)時(shí)性的要求3PID控制算法PID控制器是由比例、積分和微分三部分組成的控制調(diào)節(jié)器，其應(yīng)用廣泛，易于控制，精度高采用PID控制算法，能夠有效提升小車控制系統(tǒng)的整體性能，預(yù)期效果良好31電機(jī)速度控制對電機(jī)的控制就是為了提高其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加減速性能：若為直道，通過單片機(jī)控制PWM輸出占空比，一般為90％以上，使電機(jī)兩端的平均電壓值達(dá)到最大，使電機(jī)迅速加

13、速，如果超過預(yù)設(shè)的最大速度，PWM輸出占空比為0，此時(shí)為自由減速，一旦其小于預(yù)設(shè)的最小速度，則將其調(diào)至最大；判斷進(jìn)入彎道時(shí)，則輸出較小的占空比，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，迅速減速，且要依據(jù)不同的彎道設(shè)定合適的占空比，以使小車順利快速通過彎道該小車采用的是直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其型號為RS380，主要參數(shù)是：轉(zhuǎn)速為255r／s，額定電壓為11土o0001土土1土1土1111土土1111土11土o11王1oo1置1111111111111111111111111

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