基于avr單片機(jī)的智能車避障系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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1、基于AVR單片機(jī)的智能車避障系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)摘要：本設(shè)計(jì)方案以ATmega128為系統(tǒng)的核心，借助超聲波傳感器，提出一種超聲波三角形測(cè)距定位的方法，結(jié)合模糊控制理論和PI控制算法，設(shè)計(jì)出一種模糊-PI雙模控制器，用于控制智能車，實(shí)現(xiàn)了智能車戶外智能避障，高速穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：模糊控制；PI控制；超聲波；智能車；避障引言如今，智能車的研究非?；钴S，各大智能車比賽項(xiàng)目或活動(dòng)大都是在戶內(nèi)預(yù)先設(shè)計(jì)好的賽道上進(jìn)行的；但是，在戶外實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)動(dòng)，如尋跡、避障等，卻顯得乏力。就利用紅外傳感器避障的智能車[1]來說，在戶外陽(yáng)

2、光照射下，不同顏色對(duì)光電管發(fā)出的紅外光的反射已經(jīng)不起主要作用，由于地面溫度過高，地面輻射的紅外線導(dǎo)致光電傳感器不能識(shí)別道路的顏色，無法避障。另外，不少大學(xué)也對(duì)智能車的研究投入很大的精力，例如，東南大學(xué)2005年開展了智能小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[2]，他們?cè)O(shè)計(jì)了基于TMS320F2812DSP處理器的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，但還未用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，在教學(xué)用多功能智能小車的研制項(xiàng)目的支持下，本文研究了利用超聲波三角形測(cè)距定位的方法，對(duì)小車位置采用模糊-PI雙?？刂?，實(shí)現(xiàn)智能避障，穩(wěn)定運(yùn)行，并用于創(chuàng)新型教學(xué)，為

3、學(xué)生提供一個(gè)嶄新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力。1.超聲波測(cè)距定位原理首先，設(shè)置定時(shí)器T1，產(chǎn)生發(fā)射超聲波的脈沖控制信號(hào)；然后，檢測(cè)超聲波傳感器接收端的電平跳變，上升沿啟動(dòng)定時(shí)器T0，下降沿讀TT0的值，并清零TT0；最后，把讀回的時(shí)間換算為距離值。本文采用兩個(gè)超聲波傳感器，成60o擺放，與路邊成三角形，從而檢測(cè)與路邊界的距離，如圖1所示：考慮路面并非理想直線，但是，可利用數(shù)學(xué)微元法，把三邊形ABC等效為三角形ABC，h為傳感器相對(duì)于路邊界的距離，是本文研究的重點(diǎn)之一，并設(shè)計(jì)一種模糊-PI雙模控

4、制器，控制智能車跟蹤與路邊界的給定距離，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行時(shí)智能避障。圖中m、n、d、CE為已知量，S1、S2是超聲波傳感器A和B測(cè)回的距離值，利用余弦公式：AB=(S1+m)+(S2+n)-2*(S1+m)*(S2+n)*sin60o可求得AB兩點(diǎn)的距離，再根據(jù)三角形等面積法：AB*(h+CE)=m*n*sin60o即可求得小車相對(duì)于路邊界的距離。2.模糊-PI雙模控制如圖2-1所示，模糊-PI雙模控制器由模糊控制器（FC）和PI控制器并聯(lián)組成[3]。雙?？刂魄袚Q開關(guān)在系統(tǒng)誤差較大時(shí)接通模糊控制器，

5、來克服不確定性因素的影響；在系統(tǒng)誤差較小時(shí)接通PI控制器，來消除穩(wěn)態(tài)誤差。如圖2-2所示，采用三角形隸屬函數(shù)，且假設(shè)隸屬函數(shù)的三角形是均勻分布的。定義誤差E論域、誤差變化率EC論域均為[-3,3]，把論域劃分為7個(gè)模糊子集，即：{"負(fù)大（NB）"、"負(fù)中（NM）"、"負(fù)?。∟S）"、"零（ZO）"、"正小（PS）"、"正中（PM）"、"正大（PB）"}。根據(jù)語(yǔ)言變量的論域量化等級(jí)，按照上述進(jìn)行模糊推理，可得到一張模糊控制規(guī)則表，如表2-1所示。根據(jù)表2-1規(guī)則表可寫出如下49條模糊控制規(guī)則：R1：如果

6、E是NBandEC是NB，則U是PB；R2：如果E是NBandEC是NM，則U是PB；R49：如果E是PBandEC是PB，則U是NB；假設(shè)輸出量U的隸屬函數(shù)曲線如圖2-3所示，則由加權(quán)平均法可得控制量U的清晰值u。選取一個(gè)距離基準(zhǔn)distance_ref，則位置偏差可表示為error=h-distance_ref;由于超聲波傳感器測(cè)回的距離有一定的跳變性，為了達(dá)到良好的控制小車位置的效果，需要對(duì)偏差做一定的處理，一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法是對(duì)其進(jìn)行平均值濾波。舵機(jī)的給進(jìn)脈沖模糊-PI控制算式可表示為Stee

7、r+=a*(3*(average-pre_average)+1*error)+(1-a)*Δu;其中：a為雙模控制切換開關(guān)，當(dāng)e0.45emax時(shí)，a=1，啟用PI控制器；否則，a=0，啟用模糊控制器。Δu為模糊控制器的輸出去模糊化后的變化率。3.軟件設(shè)計(jì)程序流程圖如圖3-1所示：4.結(jié)束語(yǔ)本文采用基于超聲波測(cè)距和模糊控制理論，設(shè)計(jì)了一種模糊-PI雙?？刂破鳎瑢?duì)傳統(tǒng)的控制器進(jìn)行了改進(jìn)，使得小車在誤差較大時(shí)能夠克服不確定性因素的影響，而在誤差較小時(shí)能消除穩(wěn)態(tài)誤差，在可靠躲避障礙物并穩(wěn)定運(yùn)行方面取得了良好

8、的效果。