电磁智能车系统

电磁智能车系统

摘要：本文首先对智能车的硬件进行设计，达到了低重心、大前瞻、高稳定性。其次对系统的软件部分进行设计，利用阀值对赛道进行判断，从而得到智能车的偏航角。综合偏航角控制量实现舵机控制，入弯道切内道，大大提高了智能车的弯道运行速度。用光电编码盘检测智能车的运行速度，再根据赛道信息给定智能车的运行速度，运用一些算法调节驱动电机转速，实现了电机的快速响应。经过大量测试，最终确定系统结构和各项控制参数。

关键词：单片机；舵机控制；速度控制

【中图分类号】tp242.6

0 引言

智能车有着极为广泛的应用前景。结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适巡航并把车开得开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；他也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来撞车就不会发生了。提高安全性和系统效率。这种新型车辆控制方法的核心，就是实现车辆的智能化。

1 智能车机械结构设计

机械结构是控制算法和软件程序的执行机构，对机械结构性能的了解和改造有利于对控制算法和软件程序的实现。因此对车体机械结构的调整是非常必要的。

1.1 车体机械参数调整

前轮参数的调整包括前轮主销后倾角，主销内倾角，前轮外倾角，前轮前束。这几个参数对车体直线行驶的平稳性和转弯的灵活性有很重要的影响[1]。

1.2 舵机的安装

舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，在相同的舵机转向条件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向变化越快。这样安装的优点是：改变了舵机的力臂，使转向更灵敏；舵机安装在正中央，使左右的转向基本一致；重心相对来说靠后，减轻舵机的负载[2]。

2系统总体硬件电路设计

2.1 系统硬件电路结构

此智能车辆定位系统用激光管和接收芯片检测车辆前方的赛道，通过mc9s12xs128采样光电三极管的模拟信号，获得赛道数据，结合一定的算法，提取赛道的黑白线对舵机和电机驱动芯片以合适的控制[4]。

2.2 传感器选择及其电路设计

激光传感器好比模型车的眼睛，是整个系统采集赛道信息的核心。前瞻距离最远能够达到1.1m。经过调整和优化，使得激光传感

器性能能够完成赛道全部信息采集的任务。

2.3 电机驱动模块设计

mc33883它可以驱动场效应管实现电机的正反转，场效应管用

irf3205，场效应管为n沟道，mc33883的驱动能力很强，最大电流可以达到110a。本设计采用pwm直流脉宽调速，该方法有效地避免了串电阻调速其调速范围小，平滑性低的缺点， in_hs1、in_hs2、in_ls1、in_ls2是单片机传给mc33883脉冲信号的接口。

2.4 测速电路模块设计

vcc_mcu为5v电压，signal是编码器的脉冲输出端，signal和vcc_mcu之间接一个10k上拉电阻，然后将signal连接到单片机的pt7口，进行脉冲。

2.5稳压芯片选择及电源模块设计

我们需要对配发的标准车模用蓄电池进行电压调节。单片机系统、激光管、接收管、车速传感器电路，led显示电路等各个电路的工作电压不同，我们需要设计方案来使得电压满足各自的要求。

2.5.1 单片机及激光管电源设计

+5v稳压电源的设计采用了lm2940-5串联稳压芯片，理论可以输出1a的电流，效率为65%，稳压压差最小为0.1v，输出电压较为稳定。经过实际运行测试，电池电压不低于6v的时候，使用该芯片制作的稳压电路可以保证mcu工作所需的电压和电流。为了防止稳压芯片电流“倒灌”在in口前面接一个稳压二极管。该芯片可以提供稳定的5v线性电源，电源波纹小，芯片可以使电源变的“纯

净”。

2.5.2 传感器接收管电源

lm1117 是一个低压差电压调节器系列。这里选择lm1117-5.0v，提供电流限制和热保护。输出电压的精度在±1%以内。

3智能车电路板的设计

智能车的电路板设计是利用altium designer软件设计的。在布线时信号线和电源线的宽度不同，信号线的宽度为10mil，稳压后的电源线为20mil或30mil，直接经过电源的电源线为60mil。覆铜的时注意移除死铜，覆铜定义网络标号为gnd。

4.1 程序开发和调试

本车在开发和调试中所使用的开发环境为metrowerks 公司的集成开发环境 metroworks codewarrior ide4.6和与之配套使用的调试软hiwave，调试器为清华大学工程物理系开发的bdm，辅助调试工具有电视机、刻度尺，串口调试软件等。

4.2 调试器

codewarrior ide中的调试器不仅可以进行在线调试，还可以进行在线的仿真。在调试器中，我们可以看到定义的全局变量的变化和各个寄存器的当前值，还可以看到单片机内存中内容等。此外，还有许多其他的实用功能，在赛车的调试过程中使用很是方便有效。

4.3系统程序流程图

如图6显示程序开始进行初始化，然后开始采集信息，在把采集

到的信息进行一些数据处理（这里可以用到模糊和pid算法）[7]，之后求出速度和转向。为了形成闭环系统这里利用中断进行时时测速，保证小车速度不至于过快或过慢，形成闭环系统，使小车更快，更稳定的完成比赛。

4.4赛道识别

4.4.1 黑色引道线的提取

赛道识别，即使模型车能够分辨当前的路径为是直道、十字线、起跑线、或者坡道。首先分析一下赛道信息。当前路径是直道、弯道、十字线、起跑线时，传感器识别黑线情况，当传感器位于直到和弯道的时候，总的传感器的状态跳变2次。当传感器位于十字线的时候，总的传感器的状态跳变0次。当传感器位于起跑线上的时候，总的传感器的状态跳变4次。

5 结论

我们在车模硬件及软件上都有许多改进与创新，采用上排激光管作为循迹传感器。大大提高了前瞻距离和系统的稳定性。激光前瞻达到0.25米，大前瞻是保证高速度的前提条件。采用自己制作的单片机最小系统板。自己制作的单片机最小系统板，尺寸小，重量轻。即减轻了车模总重量，有方便了其它硬件布局。使得整个硬件系统布局更简洁，性能更稳定。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社，2009.

[2] 第四届全国大学生“飞思卡尔”智能汽车竞赛杭州电子科技