公務(wù)員期刊網(wǎng) 論文中心 正文

智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

前言:想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

摘要:智能小車(chē)是一種通過(guò)自身體系內(nèi)部的傳感器感知和獲取外部車(chē)輛運(yùn)行的環(huán)境信息以及自身運(yùn)行狀態(tài)的一種智能車(chē)輛,這種車(chē)輛可以在真實(shí)、復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中自主駕駛,其內(nèi)部具有自動(dòng)控制、多傳感器信息技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等為一體的高科技新型技術(shù)的結(jié)合體。

關(guān)鍵詞:智能小車(chē);控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1智能小車(chē)控制系統(tǒng)概述

智能小車(chē)控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合、復(fù)雜的系統(tǒng),其既有多種技術(shù),也含有嵌入式的軟件設(shè)備和硬件設(shè)備、圖像識(shí)別、自動(dòng)控制和電力傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等技術(shù)知識(shí),智能小車(chē)的控制系統(tǒng)主要是圍繞嵌入式控制系統(tǒng)進(jìn)行的,將其作為操控的中心,并借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng),最終完成自動(dòng)造作和控制的過(guò)程[1]。智能小車(chē)的控制系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1所示。

2智能小車(chē)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

2.1智能小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)是保證智能小車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行的必要條件,它關(guān)系著控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要用在模塊化設(shè)計(jì)思想,該研究是通過(guò)采取硬件系統(tǒng)K60芯片作為核心控制器,并通過(guò)圖像采集模塊和電機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊、電源模塊等組成硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖,見(jiàn)圖2。首先,電源電路設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)時(shí)智能小車(chē)的動(dòng)力來(lái)源,為小車(chē)運(yùn)行提供不斷的電力,一般采取7.3V、容量為2000mAh的可充電型的鎳鉻電池作為電源,但是其不能直接為控制器傳輸電力,需要在轉(zhuǎn)變電路后才可以進(jìn)行傳輸。轉(zhuǎn)變電路可以保證控制器直接對(duì)電池內(nèi)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),保證不同模塊可以正常工作和運(yùn)行,智能小車(chē)主要是依靠控制電力和電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的。其次是K60最小系統(tǒng)板,在設(shè)計(jì)時(shí)需要將K60的管腳部分做成最小系統(tǒng)的單獨(dú)電路板,這樣可以簡(jiǎn)化電路板的設(shè)計(jì),促使調(diào)試更加順利,K60系統(tǒng)板主要由K60芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG下載電路、電源濾波電路組成。再其次是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,該電路是在集成芯片的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的,可以為控制器更其他模塊提供較大的電流最終集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,但是要特別注意這部分因?yàn)樵陔姍C(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中有較大的分功率,會(huì)導(dǎo)致小車(chē)在進(jìn)行調(diào)試時(shí)因?yàn)檫^(guò)大的電流導(dǎo)致小車(chē)電路發(fā)生堵塞現(xiàn)象,而使小車(chē)電路被燒毀,因此需要設(shè)計(jì)者避免這種現(xiàn)象,可以將驅(qū)動(dòng)電路做成驅(qū)動(dòng)板[2]。最后是舵機(jī)接口電路。在智能小車(chē)設(shè)計(jì)中,舵機(jī)主要保證小車(chē)可以順利轉(zhuǎn)向,因此舵機(jī)的運(yùn)行電壓、轉(zhuǎn)向動(dòng)作、轉(zhuǎn)向速度都是需要考慮的因素,一般選擇舵機(jī)時(shí)主要選擇Futaba3010,選擇供電電壓為6V。

2.2智能小車(chē)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是指小車(chē)的控制系統(tǒng)內(nèi)的編寫(xiě)和算法,其需要科學(xué)的設(shè)計(jì)程序,確??刂葡到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)、維護(hù)性、可調(diào)試的作用,對(duì)于軟件設(shè)計(jì)可以采取模塊化程序編寫(xiě)的方式,可以將復(fù)雜的控制系統(tǒng)劃分為不同的簡(jiǎn)單模塊進(jìn)行。第一,是對(duì)小車(chē)進(jìn)行總體軟件設(shè)計(jì),主程序在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)不同的模塊先進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的初始化、圖像處理、路徑識(shí)別算法計(jì)算、電機(jī)控制算法計(jì)算、舵機(jī)控制算法計(jì)算等。第二,是圖像數(shù)據(jù)信息采集和處理,這需要用到攝像頭的使用原理和道路圖像的信息獲取、圖像信息的除噪音和濾波、黑線獲取、特殊路段環(huán)境的解決等功能。第三,是速度檢測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì),對(duì)于智能小車(chē),一般采取閉環(huán)控制,通過(guò)速度檢測(cè)器將小車(chē)的運(yùn)行速度傳輸給控制器,促使對(duì)小車(chē)進(jìn)行閉環(huán)控制,本文設(shè)計(jì)采取光電式的編碼其,確保編碼器的脈沖可以逐漸增加來(lái)提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)的測(cè)量單位對(duì)小車(chē)的運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)。第四,是電機(jī)和舵機(jī)控制,該部分是智能小車(chē)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,智能小車(chē)因?yàn)榫哂懈咚俣龋孕枰捎瞄]環(huán)控制提要電機(jī)和舵機(jī)的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性,因此一般選擇控制算法中常用的PID控制算法。對(duì)于PID控制算法主要是運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的PID核心控制器,將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字方程式從而進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算,該算法有兩種。第五,是速度控制模型,該技術(shù)是為了縮小智能小車(chē)在設(shè)計(jì)時(shí)基本控制理念和中心擬合線之間較大的偏差,從而對(duì)速度進(jìn)行控制,在反復(fù)的調(diào)整后發(fā)現(xiàn),一般選擇的二次曲線模型控制效果不夠精準(zhǔn),因此需要對(duì)中線的偏差值進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)不同時(shí)期的速度控制來(lái)提高控制效果。第六,是電機(jī)控制算法,此算法是為了控制小車(chē)的運(yùn)行速度慣性而設(shè)計(jì)的,確保小車(chē)在行駛的過(guò)程中因?yàn)樽陨碇亓炕蛘叩缆翻h(huán)境導(dǎo)致車(chē)身不穩(wěn)或者其它問(wèn)題等,該算法也是一種閉環(huán)控制,在此過(guò)程中一般選擇遞進(jìn)式的PID控制算法,并對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后,達(dá)到最優(yōu)控制效果。第七,舵機(jī)控制算法,該算法不同于電機(jī)控制算法,舵機(jī)因?yàn)閮?nèi)部具有反饋系統(tǒng),可以確保執(zhí)行有力,但是在實(shí)際中,因?yàn)橛?jì)分項(xiàng)系數(shù)的不穩(wěn)定,所以需要通過(guò)調(diào)節(jié)比例項(xiàng)系數(shù)和微分項(xiàng)系數(shù),運(yùn)用PD控制算法進(jìn)行調(diào)試,保證智能小車(chē)可以穩(wěn)定形勢(shì)。

2.3控制系統(tǒng)的調(diào)試

此研究運(yùn)用了一些硬件和軟件工具,并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)式,促使設(shè)計(jì)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,為智能小車(chē)設(shè)計(jì)的真正實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。首先,本研究先對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了測(cè)試,根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)原理和制作電路板,運(yùn)用PCB繪制工具對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行還原和仿真,該繪制工具可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面,此PCB設(shè)計(jì)是為了檢查小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否和小車(chē)內(nèi)部的機(jī)械部分全面吻合,并確定電路板是否穩(wěn)定,并檢查了芯片問(wèn)題,確保不同模塊的功能完整。其次,對(duì)軟件進(jìn)行了調(diào)試,主要確保軟件開(kāi)發(fā)的環(huán)境可以為智能小車(chē)的開(kāi)發(fā)提供程序編碼,幫助開(kāi)發(fā)人員將調(diào)試技術(shù)和開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合在一起,確保提高開(kāi)發(fā)效率。最后也會(huì)上機(jī)位進(jìn)行了調(diào)試,確保小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中黑線數(shù)據(jù)和行駛軌跡信息可以準(zhǔn)確獲取,一般選擇PC端離線和PC端仿真,來(lái)提高調(diào)試效率,對(duì)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集[3]。該模式可以用來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)和舵機(jī)控制算法,促使其功能達(dá)到要求后,讓設(shè)計(jì)人員在調(diào)試之前時(shí)對(duì)控制算法進(jìn)行了解。

3結(jié)束語(yǔ)

智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),是智能交通重點(diǎn)研究的問(wèn)題,它具有很大的市場(chǎng)前景,可以被廣泛應(yīng)用在工程建設(shè)中和人們的日常生活中,本文研究對(duì)智能小車(chē)的內(nèi)涵、智能小車(chē)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì),詳細(xì)的闡述了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),并對(duì)圖像處理算法和系統(tǒng)控制算法也進(jìn)行了詳細(xì)的陳述。旨在為智能小車(chē)設(shè)計(jì)者提供相關(guān)的技術(shù)研究,讓智能小車(chē)在市場(chǎng)上被廣泛研究和實(shí)際應(yīng)用,為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]袁孝江,紀(jì)文飛,李晨輝,等.智能小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)與財(cái)富,2019,(30):9.

[2]程水平,張珍霞,王志永,等.基于STM32的智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)與信息化,2018,(10):89-91.

[3]周海鵬.基于APP的智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代信息科技,2018,v.2(8):189-190,192.

作者:郭勤 蔡亞永 單位:新疆工程學(xué)院