肖紅霞　周密

摘 要：采用模糊控制算法，以單片機(jī)MC9S12XS128為控制核心，結(jié)合CCD線性器件作為道路信息檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)了智能小車控制系統(tǒng)。道路尋優(yōu)模糊控制算法，可實(shí)現(xiàn)了對(duì)直道、蛇形彎道以及大半徑彎道三種典型道路的自動(dòng)跟隨。

關(guān)鍵詞：模糊算法；智能小車；道路檢測(cè)

智能小車是具有自動(dòng)導(dǎo)航功能的智能汽車的微縮模型。隨著智能化的發(fā)展，智能車技術(shù)也將逐步壯大，功能將更完善，將具有更為廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為硬件實(shí)現(xiàn)、算法應(yīng)用和軟件實(shí)現(xiàn)三部分。

1 硬件實(shí)現(xiàn)

1.1 整體模塊設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī)、CCD路徑識(shí)別模塊、紅外線傳感器測(cè)速模塊、電源管理模塊、直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊、液晶屏動(dòng)態(tài)顯示模塊組成，如圖1所示。

1.2 局部模塊實(shí)現(xiàn)

⑴CCD路徑識(shí)別模塊設(shè)計(jì)。首先在行、場(chǎng)同步信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)下，由MC9S12XS128的A/D口對(duì)CCD攝像頭掃描出的路徑視頻信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)此圖像路徑信息處理；然后選取途中合適的點(diǎn)算出小車與路徑的夾角與偏移距離；最后把已知數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，模糊算法控制舵機(jī)轉(zhuǎn)角，同時(shí)采用模糊控制與比例微分控制相結(jié)合的方法控制電機(jī)的速度，MC9S12XS128將舵機(jī)轉(zhuǎn)角信息準(zhǔn)確輸給舵機(jī)PWM信號(hào)，以及速度信息實(shí)時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM轉(zhuǎn)速控制信息，從而實(shí)現(xiàn)小車的智能路徑跟蹤。

⑵測(cè)速模塊設(shè)計(jì)。速度檢測(cè)電路主要是為電機(jī)控制提供準(zhǔn)確的速度反饋，讓小車能在不同的路況上行駛時(shí)準(zhǔn)確的設(shè)定不同的速度。系統(tǒng)采用紅外線傳感器的對(duì)射式傳感方式進(jìn)行測(cè)速，檢測(cè)電路如圖3所示。

2 模糊算法應(yīng)用

2.1 模糊控制器設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)上面?zhèn)鞲衅鞑杉降男畔ⅲ梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)雙輸入雙輸出的模糊控制器，輸入變量是由上面經(jīng)過(guò)處理的路徑識(shí)別模塊的數(shù)據(jù)和測(cè)速電路的數(shù)據(jù)，輸出是轉(zhuǎn)角和速度的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向控制和電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。

2.2 模糊控制器應(yīng)用

⑴舵機(jī)控制策略。CCD傳感器反饋智能車偏移軌跡的偏移量可以通過(guò)測(cè)得的小車與路徑的偏移夾角和偏移距離計(jì)算得到，將這兩個(gè)量送入模糊控制器，求得到需要的輸出量。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行模糊化，模糊推理，反模糊化等操作，最后將得到的數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)轉(zhuǎn)角信號(hào)，然后送給舵機(jī)。

⑵速度控制策略。在模糊控制的基礎(chǔ)上，對(duì)小車測(cè)得的速度采用位置式閉環(huán)Pd控制進(jìn)行調(diào)整，可以保證小車在各種負(fù)載和供電變化的情況下車速能穩(wěn)定、快速的達(dá)到預(yù)定速度。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

CCD智能車系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是基于CodeWarrior CW12 V4.5編程環(huán)境，使用匯編與C語(yǔ)言相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。整體方案程序模塊設(shè)計(jì)如圖4所示。

4 小結(jié)

單片機(jī)MC9S12DG128B對(duì)采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、提取賽道信息、進(jìn)行路徑識(shí)別，然后運(yùn)用模糊算法將轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)換成舵機(jī)PWM信號(hào)，同時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行模糊PD控制，并將速度信息通過(guò)12864液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。模糊算法的高效性提高了小車的路徑跟蹤精度和運(yùn)行速度。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉建剛，程磊，黃劍.基于CCD圖像識(shí)別的HCS12單片機(jī)智能車控制系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2007，22（6）.

[2]湯兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理論與應(yīng)用技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2002.