減速、制動(dòng)和停止動(dòng)作。在智能循跡小車系統(tǒng)中，大部分的控制信號(hào)都是由單片機(jī)輸出，設(shè)計(jì)要求單片機(jī)既要保證正常工作又要求低功耗，然而大多數(shù)單片機(jī)的工作電壓都較低，遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)較大功率負(fù)載的能力。因此，必須在單片機(jī)與電機(jī)之間增加驅(qū)動(dòng)電路提尚其驅(qū)動(dòng)能力，使單片機(jī)能夠完成對(duì)負(fù)載的控制。但在實(shí)際工作中，由于直流電機(jī)內(nèi)阻僅有430πιΩ，而芯片內(nèi)部每個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管導(dǎo)通電阻在120πιΩ以上，增大了回路中的總電阻值，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率降低。而英飛凌公司出品的BTS7960半橋驅(qū)動(dòng)芯片可以很好的解決驅(qū)動(dòng)效率低的問題。它具有過壓、過流、過溫保護(hù)功能，輸入P麗頻率可達(dá)到25KHZ，電源電壓5V~25V，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)43A。此外，BTS960芯片輸入信號(hào)為TTL電平，可直接與單片機(jī)相連，此外，為了防止干擾，該模塊在OUTl，0UT2安裝有兩個(gè)諧波吸收電容。其中PWMl、PWM2為PWM信號(hào)輸入端，在調(diào)試過程中，PWMl對(duì)應(yīng)OUTl，PWM2對(duì)應(yīng)0UT2;+5V和GND之間要加5V電源給隔離電路供電；當(dāng)小車從高速行駛的直道突然進(jìn)入急彎時(shí)，僅僅通過停止單向的PWM波輸出是不行的，還要輸出反向的P麗波，達(dá)到瞬間減速的的，因此，要求電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，故采用兩片BTS7960芯片接成全橋驅(qū)動(dòng)電路，具體見圖3所示，使整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路具有強(qiáng)勁的制動(dòng)和剎車能力。
[0023]車速檢測(cè)模塊主要用于控制智能小車的行駛速度，使得小車在直道時(shí)可以全速行駛，在急轉(zhuǎn)彎吋也不至于速度過快而沖出賽道?？刂葡到y(tǒng)選用增量式光電編碼器，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈都會(huì)輸出一定數(shù)目的脈沖信號(hào)，通過單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量得到的脈沖個(gè)數(shù)，即可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)踐證明，采用光電編碼器雖然成本較高，但測(cè)量精度很高，穩(wěn)定性好，因此選擇使用歐姆龍公司生產(chǎn)的E5A2-CWZ3型增量式光電編碼器測(cè)量智能小車的行駛速度，分辨率為500線/R，三相輸出，可測(cè)正反轉(zhuǎn)，各相輸出波形如圖4所示。
[0024]舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊主要涉及舵機(jī)的安裝姿態(tài)問題，它關(guān)系到智能小車轉(zhuǎn)向的響應(yīng)速度及靈敏度。通常，舵機(jī)的安裝有兩種姿態(tài):直立式安裝和臥式安裝。在臥式安裝的情況下，由于舵機(jī)連接兩邊車輪的連桿長(zhǎng)度不相等，造成兩邊力矩不等，極易造成舵機(jī)對(duì)兩邊車輪轉(zhuǎn)向的響應(yīng)吋間不相等，如果采用直立式安裝的話，把舵機(jī)安放在小車前端中間位置，可以很好的避免舵機(jī)臥式安裝的缺陷，保證兩邊車輪轉(zhuǎn)向響應(yīng)時(shí)間相等，提高轉(zhuǎn)向靈敏度。舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊采用的是Futaba S3010舵機(jī)，S3010舵機(jī)輸出端有三根線，分別為接地線(黑色)、電源線(紅色)以及信號(hào)線(白色)。為了提高舵機(jī)響應(yīng)速度，選擇6.9V工作電壓，并將MC9S12XS128單片機(jī)控制器內(nèi)部的兩路8位輸出P麗2和PWM3級(jí)聯(lián)成為一個(gè)16位P麗輸出，然后通過PWM2通道輸出脈沖調(diào)制信號(hào)。
[0025]圖像采集模塊采用采集圖像傳感器，單片機(jī)采集圖像傳感器的數(shù)據(jù)有模擬和數(shù)字兩種方式。模擬信號(hào)采集方法需先將攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行分離，得到獨(dú)立的同步信號(hào)和視頻模擬量信號(hào)，然后根據(jù)同步信號(hào)對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換或者運(yùn)用硬件二值化電路對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行二值化。但是，由于使用的是單片機(jī)內(nèi)部A/D，圖像的分辨率完全取決于A/D的轉(zhuǎn)換速率，此外，單片機(jī)超頻是有極限的，單純的靠超頻來提高采集點(diǎn)數(shù)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。而數(shù)字圖像釆集方法是利用CMOS圖像傳感器可以直接輸出并行數(shù)字信號(hào)和時(shí)序信號(hào)的特點(diǎn)，直接讀取傳感器的數(shù)字輸出。該方案性能穩(wěn)定，不需要A/D，也不需要增加外圍的同步信號(hào)分離電路。圖像釆集工作在單片機(jī)內(nèi)部就變成了按照一定順序?qū)⑼獠繑?shù)據(jù)并行讀入，故程序簡(jiǎn)單，采集速度快。因此，圖像采集模塊采用CMOS數(shù)字圖像傳感器0V7620獲取車體前面的路徑信息，單片機(jī)根據(jù)采集到的路徑圖像數(shù)據(jù)，提取和識(shí)別賽道引導(dǎo)線，并根據(jù)圖像中黑色引導(dǎo)線與車體之間的偏離程度，通過PWM控制信號(hào)調(diào)節(jié)信號(hào)占空比，進(jìn)而控制S3010舵機(jī)轉(zhuǎn)角和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得智能小車能夠快速平穩(wěn)的沿預(yù)定路徑行駛功能，單片機(jī)MC9S12XS128MAL與0V7620端口連接如圖5所示。
[0026]上述實(shí)施方式僅供說明本實(shí)用新型之用，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，還可以作出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于多傳感器的智能循跡小車控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)小車行走的直流電機(jī)和獲取小車前面路徑信息的圖像采集模塊，其特征在于:還包括核心控制模塊和驅(qū)動(dòng)小車舵機(jī)工作的舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊，所述核心控制模塊根據(jù)圖像采集模塊的信息控制所述直流電機(jī)和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊的工作，一電源模塊分別為直流電機(jī)、圖像采集模塊、核心控制模塊和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能循跡小車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述核心控制模塊通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流電機(jī)的工作。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述智能循跡小車控制系統(tǒng)，其特征在于:設(shè)有車速檢測(cè)模塊，所述核心控制模塊根據(jù)車速檢測(cè)模塊的信息控制所述直流電機(jī)和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊的工作。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述智能循跡小車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊包括鋰電池，該鋰電池直接為所述直流電機(jī)供電，該鋰電池通過電壓轉(zhuǎn)換模塊分別為所述圖像采集模塊、核心控制模塊、車速檢測(cè)模塊和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊供電。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述智能循跡小車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述核心控制模塊通過無線通信模塊與PC控制上位機(jī)通信。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，具體說是基于多傳感器的智能循跡小車控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)小車行走的直流電機(jī)和獲取小車前面路徑信息的圖像采集模塊，還包括核心控制模塊和驅(qū)動(dòng)小車舵機(jī)工作的舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊，所述核心控制模塊根據(jù)圖像采集模塊的信息控制所述直流電機(jī)和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊的工作，一電源模塊分別為直流電機(jī)、圖像采集模塊、核心控制模塊和舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊供電。本實(shí)用新型不僅可實(shí)現(xiàn)自主智能循跡，也可通過核心控制模塊、無線通信模塊及PC控制上位機(jī)實(shí)現(xiàn)小車人工遙控循跡，具有循跡精度高、魯棒性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、人機(jī)交互的特點(diǎn)，能夠迅速而準(zhǔn)確地對(duì)路徑信息進(jìn)行辨識(shí)和跟蹤。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號(hào)】CN205193589
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520919939
【發(fā)明人】董胡
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙師范學(xué)院
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日