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1、智能車模的巡線算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：由于智能車模要在黑色引導(dǎo)線的識(shí)別過程中跑完全程，所以采用的尋線傳感器主要是光學(xué)傳感器。本設(shè)計(jì)采用紅外光電傳感器，從直線和曲線方面探討了智能車模的運(yùn)行算法并用模糊控制實(shí)現(xiàn)了算法。關(guān)鍵詞：紅外光電傳感器，巡線算法，引導(dǎo)線,智能車模DesignforTrack-seekingArithmeticofIntelligentSmart-CarModelAbstractThesmartcarblackguidelinesinthecourseofrunningtheentireprocessofident
2、ification,thesearchlinesensorsusedmainlyopticalsensors.Thedesignusinginfraredphotoelectricsensors,fromthestraightandcurveexploresmartcaroperationalcontrolalgorithmsandtheuseofvagueachievedalgorithms.KeywordsInfraredphotoelectricsensor,track-seekingarithmetic,guideli
3、nes,smartcar.1引言本設(shè)計(jì)基于“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車模競賽[1]，提出智能車模的基本運(yùn)行算法。智能車模要求在貼有黑色引導(dǎo)線的“指引”下運(yùn)行。引導(dǎo)線有直線、曲線、起跑線、十字交叉線。智能車模在跑道上運(yùn)行會(huì)遇到各種情況，比如：智能車模與引導(dǎo)線平行、智能車模與引導(dǎo)線有一定的角度、智能車模與引導(dǎo)線有過大的角度。那么智能車模應(yīng)該能夠檢測到車身與引導(dǎo)線的相對角度，并能給出合理運(yùn)行指令。本文敘述了紅外光電傳感器布局的基礎(chǔ)上制定車模系統(tǒng)的巡線算法及模糊化實(shí)現(xiàn)。2硬件環(huán)境車模采用的傳感器為紅外收發(fā)管。14對紅外收發(fā)管組成兩列
4、光電傳感器陣列，分別安裝在車模的車前和車尾。如圖1所示。比賽規(guī)定采用飛思卡爾16位微控制器MC9S12DG128B作為控制處理器，該單片機(jī)模塊豐富、I/O口豐富、Flash空間大。該款單片機(jī)同時(shí)集成了模糊控制指令，對于本設(shè)計(jì)控制車模的方向具有實(shí)際作用。5圖1車模示意圖1算法分析賽道由直線、曲線、起跑線、十字交叉線組成，其中直線和曲線為賽道的主要類型。當(dāng)智能車模平行于引導(dǎo)線時(shí)應(yīng)該是直行的，如圖2的(a)、(b)所示。圖2車模直行算法描述圖2(a)中，智能車模平行于引導(dǎo)線，光電傳感器S4與S11檢測到黑線，此時(shí)車行方向?yàn)橹毙?。為?/p>
5、表述方便，在圖中檢測到黑線的傳感器標(biāo)注為黑點(diǎn)，而檢測到白色跑道的傳感器標(biāo)注為白點(diǎn)。舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角從最左端到最右端劃分為7個(gè)檔位，依次用N3，N2，N1，ZO，P1，P2，P3表示。為了避免車模在直行過程中發(fā)生小角度的左右偏轉(zhuǎn)晃動(dòng)，可以考慮前后光電傳感器陣列的對應(yīng)管狀態(tài)為直行方向，例如圖2(b)所示傳感器S2與S9同時(shí)檢測到黑線時(shí)表明為直行方向，另外還有S3與S10，S4與S11，S5與S12，S6與S13等情況也是如此。但是考慮到賽道寬度的問題設(shè)定兩種特殊情況：S1與S8和S7與S14檢測到黑線時(shí)舵機(jī)需要偏轉(zhuǎn)一個(gè)小角度N1和P1，
6、如圖2(c)所示。3.1直線引導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)算法當(dāng)智能車模偏轉(zhuǎn)引導(dǎo)線時(shí)，舵機(jī)應(yīng)該偏轉(zhuǎn)一個(gè)對應(yīng)的角度，如圖3所示。5圖3車模直線引導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)算法描述舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度的大小取決于智能車模相對于引導(dǎo)線的角度大小。但是也應(yīng)該注意到一種特殊情況：當(dāng)智能車模的一個(gè)邊角偏離引導(dǎo)線時(shí)，就只有前排光電傳感器陣列可以檢測到黑線，如圖3(d)所示，甚至有時(shí)會(huì)發(fā)生整個(gè)車模偏離引導(dǎo)線的情況。對此解決的方案如下：1）當(dāng)智能車模完全偏離引導(dǎo)線時(shí)，即至少有一排光電傳感器陣列檢測不到黑線，要求邊緣管S1，S7，S8和S14狀態(tài)量具有記憶功能，例如圖3(d)的S14狀態(tài)量可
7、記憶引導(dǎo)線的偏轉(zhuǎn)方向；2）在編程時(shí)要求S1、S7、S8和S14檢測狀態(tài)變化時(shí)觸發(fā)中斷優(yōu)先級(jí)高于其它光電傳感器。3.2曲線引導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)算法根據(jù)比賽規(guī)則中引導(dǎo)線最小曲率半徑的要求，整個(gè)車模所覆蓋的曲線引導(dǎo)線彎曲程度并不很明顯，可以采用直線的偏轉(zhuǎn)算法。曲線引導(dǎo)線示意如圖4所示。圖4車模曲線引導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)算法描述智能車模的運(yùn)行除要考慮直線、曲線等主要因素外還要考慮智能車模的速度、舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角速度、外界的干擾等，為了更好地解決這些問題和提高智能車模的速度，采取以下方案：1）增加相應(yīng)的傳感器，盡量探測較遠(yuǎn)的路況，在算法中綜合考慮5速度、加速度、舵
8、機(jī)偏轉(zhuǎn)角速度，給傳感器加屏蔽罩等；1）建立路況記憶和分析算法，用較穩(wěn)定的速度跑完第一圈后對整個(gè)路況進(jìn)行分析，提高第二圈的運(yùn)行質(zhì)量。1行進(jìn)算法中的模糊控制與行進(jìn)實(shí)測4.1單片機(jī)的模糊控制指令為了更合理地調(diào)整智能車模和更充分地利用該款單片機(jī)的性能，使用了該單片機(jī)提供的模糊控制功能
