基于光電管路徑識別的智能車系統(tǒng)設(shè)計方案

引言
　　隨著控制技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，智能車系統(tǒng)將在未來工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演重要的角色。本文所述智能車尋跡系統(tǒng)采用紅外反射式光電管識別路徑上的黑線，并以最短的時間完成尋跡。通過加長轉(zhuǎn)臂的舵機驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向，使用符合PI算法的控制器實現(xiàn)直流電機的調(diào)速。為了使智能車快速、平穩(wěn)地行駛，系統(tǒng)必須把路徑識別、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向伺服電機控制以及直流驅(qū)動電機控制準(zhǔn)確地結(jié)合在一起。
　　1 硬件設(shè)計
　　本系統(tǒng)硬件部分以飛思卡爾公司的16位微處理器MC9S12DG128為控制核心，由電源模塊、主控制器模塊、路徑識別模塊、車速檢測模塊、舵機控制模塊和直流驅(qū)動電機控制模塊組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　1.1 主控制器模塊
　　本系統(tǒng)主控制器模塊采用的MC9S12DG128主要特點是功能高度集中，易于擴展且支持C語言程序設(shè)計，從而降低了系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試的復(fù)雜度。
　　1.2 電源模塊
　　本系統(tǒng)由7.2V/2000mAh的Ni-cd蓄電池組直接供電。鑒于單片機系統(tǒng)的核心作用，主控制器模塊采用單獨的穩(wěn)壓電路進行供電；為提高舵機響應(yīng)速度，將電源正極串接一個二極管后直接加在舵機上；電機驅(qū)動芯片MC33886直接由電源供電。通過外圍電路整定，電源被分配給各個模塊。電源調(diào)節(jié)分配圖如圖2所示。
　　
　　1.3 路徑識別模塊
　　路徑識別模塊采用收發(fā)一體的紅外反射式光電管JY043作為路徑的基本檢測元件。本系統(tǒng)選用11個JY043按“一”字形排列在20cm長的電路板上，相鄰兩個光電管之間間隔2cm。因為路徑軌跡由黑線指示，落在黑線區(qū)域內(nèi)的光電二極管接收到的反射光線強度與白色的不同，所以根據(jù)檢測到黑線的光電管的位置可以判斷行車方向。光電傳感器尋跡的優(yōu)點是電路簡單、信號處理速度快。在不受外部因素影響的前提下，光電管能夠感知的前方距離越遠，行駛效率越高，即智能車的預(yù)瞄性能越強。圖3為其硬件原理圖。
　　
　　1.4 車速檢測模塊
　　車速檢測模塊采用韓國Autonics公司的E30S-360-3-2型旋轉(zhuǎn)編碼器作為車速檢測器件。該旋轉(zhuǎn)編碼器硬件電路簡單、信號采集速度快，360線的精度足以滿足PI控制算法調(diào)節(jié)的需要。旋轉(zhuǎn)編碼器與直流驅(qū)動電機通過齒數(shù)為1:1的兩齒輪連接在一起，所以智能車車輪轉(zhuǎn)動一圈即可以用360個脈沖表示。因此一定時間內(nèi)單片機累加器獲得的脈沖數(shù)值可以用來表示車速，并可直接作為控制器參數(shù)。圖4為車速檢測模塊硬件電路圖。