基于mc9s12xs128單片機系統(tǒng)的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、第34卷第1期2013年2月華北水利水電學院學報JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerVo134NO1Feb2O13DOI：103969／jissn1002—5634201301027基于MC9S12XS128單片機的智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計嚴大考，李猛，鄒棟，張純梁(華北水利水電學院，河南鄭州450045)摘要：為實現(xiàn)車輛的智能行駛，以電動小車為

2、研究對象，設(shè)計了一種以MC9S12XS128單片機為控制核心，由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、圖像采集模塊、舵機驅(qū)動模塊等組成的硬件電路，以HQ7620攝像頭采集道路信息的智能車控制系統(tǒng)針對外界環(huán)境的干擾，提出了一種二值化與中值濾波相結(jié)合的濾波除噪的方法，結(jié)合邊緣檢測法提取有效的黑線，使小車能夠沿著賽道精準快速前行采用經(jīng)典的PID控制算法對電機速度和舵機轉(zhuǎn)向進行控制，通過MATLAB對PID控制參數(shù)進行整定，極大地提高了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性經(jīng)

3、試驗驗證：該系統(tǒng)可使小車達到15m／s的穩(wěn)定循跡速度，達到了自動控制的目的關(guān)鍵詞：智能車；自動控制；圖像處理；黑線提??；PID算法中圖分類號：TP2735；U4615文獻標識碼：A文章編號：1002—5634(2013)O1—0106—05進入2l世紀以來，隨著自動控制技術(shù)、單片機技術(shù)、汽車電子技術(shù)、通信技術(shù)等的飛速發(fā)展，可實現(xiàn)將各種高新技術(shù)以及實際駕駛操作經(jīng)驗融入汽車設(shè)計中，以提高汽車駕駛的安全性能和能源利用率，所以，涵蓋多種前沿科學

4、技術(shù)的智能車輛成為研究熱點筆者以電動小車為研究對象，以具有良好分辨率和前瞻性的CMOS攝像頭作為循跡傳感器，提取賽道黑色帶狀引導線的中心，由核心控制器做出決策，輸出一定的占空比控制電機和舵機，從而實現(xiàn)對小車轉(zhuǎn)向和速度的自動控制最后運用CodeWarrior和MATLAB軟件對程序和參數(shù)進行調(diào)試，使小車達到最佳行駛狀態(tài)1系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架良好的硬件電路是智能車平穩(wěn)快速前行的保障，因此設(shè)計過程中要充分考慮其可靠性、簡潔性和兼容性其硬件系統(tǒng)框架

5、如圖1所示11電源模塊電源模塊能夠給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運行在電路中，除了要考慮電壓、電容和電流等參數(shù)之間的相互影響外，還要在電源電能利用效率和抗干擾方面做出優(yōu)化硬件電路的電源由壽命長、污染小的72V鎳鎘充電電池提供，由于各模塊所需電壓不一樣，采用穩(wěn)壓芯片對其進行分壓，同時采用多路供電，以減少各模塊問的相互干擾，電源管理模塊如圖2所示圖1硬件系統(tǒng)構(gòu)架圖2電源模塊框圖收稿日期：2012—08—30基金項目：河南省科技攻關(guān)

6、項目(112102210104)作者簡介：嚴大考(1955一)，男，河北冀州人，教授，碩士，主要從事機械設(shè)計及理論方面的研究108華北水利水電學院學報2013年2月過處理后，滿足系統(tǒng)的要求111O1111m1111lol1llll11llll0111111111土t111111土1111111111111111土11土111量11111工工1111111111111量1111OOOmmmmm1土11土1IOo1111111111111m

7、O11111I土111111100111土11111111mOOm1i1111111110O11111王11土111O01111土11童1量1土0O1土土111土111111O1111111土11111O01111111111110O1工111111111OO1m11111111土1oO1m1111土1111OO1m111111111OO111111111OOO1111111111oOO11111111111OOO1m1土111111O

8、001土111111OOOO1111重11111OOO111111I100OO11111m111OOOm1m11111m1圖5二值化處理后的圖像圖6加入噪點的圖像11111O1111m1o0111土11111lllOOlI1lllll1l1111mO1m111m1111土11110O1I111m110111111oo111111111111110O111m1111111111oo111111111111iOo11111111工11OOI

9、111111111111OOm111111111111oo1111111土11土11oo1111111111111Oo11111111土1110O1111111111111o0111111111110o01111111111mOoo1111111111110O011111111110O01111111110OOO31m31i1土11111o001111111111Oooo111111111OOO0土11111111l1圖7經(jīng)中值濾波處理

10、后的圖像23黑線提取為使小車能夠沿著黑線中心平穩(wěn)快速前行，采用邊緣檢測法提取黑線，由于經(jīng)過處理的圖像只有2種像素值且黑白跳變明顯，故能快速尋找邊緣由于賽道上的黑色帶狀引導線是連續(xù)的，相鄰兩行的跳變點也是相鄰的，利用這一特性，可根據(jù)上一行查找到的邊緣，在其附近對下一行的邊緣進行搜索這種算法可有效減少單片機的運算量，高效尋找邊緣，同時也提高了程序的抗干擾能力黑線的提取思想如下1)求黑線中心時，由于近處黑線清晰且穩(wěn)定，遠處黑線模糊不穩(wěn)定，故由

11、近到遠地提取黑線中心考慮遠處黑線分辨率低且存在失真，因此要動態(tài)地確定查找黑線邊緣的閾值和相鄰行黑線中心的位置差別2)對圖像逐行掃描，判定掃描行的第一個點是否為白點，如果是就開始計數(shù)直至遇到黑點，記下此時白點的個數(shù)o而后開始對黑點計數(shù)直至遇到白點，記下黑點數(shù)為6，由此得到的黑線中心為(nb1／23)黑線的寬度是固定的，通過設(shè)定閾值的辦法判定提取的黑線是否有效，可以濾除“過寬”、“過細”黑線的干擾4)由于黑色引導線是連續(xù)的，因此可根據(jù)上一行

12、求出的黑線中心的位置來判定本行求出的黑線中心是否有效，從而避免影響單片機的處理速度，滿足實時性的要求3PID控制算法PID控制器是由比例、積分和微分三部分組成的控制調(diào)節(jié)器，其應(yīng)用廣泛，易于控制，精度高采用PID控制算法，能夠有效提升小車控制系統(tǒng)的整體性能，預期效果良好31電機速度控制對電機的控制就是為了提高其動態(tài)響應(yīng)速度和加減速性能：若為直道，通過單片機控制PWM輸出占空比，一般為90％以上，使電機兩端的平均電壓值達到最大，使電機迅速加

13、速，如果超過預設(shè)的最大速度，PWM輸出占空比為0，此時為自由減速，一旦其小于預設(shè)的最小速度，則將其調(diào)至最大；判斷進入彎道時，則輸出較小的占空比，使電機反轉(zhuǎn)，迅速減速，且要依據(jù)不同的彎道設(shè)定合適的占空比，以使小車順利快速通過彎道該小車采用的是直流驅(qū)動電機，其型號為RS380，主要參數(shù)是：轉(zhuǎn)速為255r／s，額定電壓為11土o0001土土1土1土1111土土1111土11土o11王1oo1置1111111111111111111111111

14、11111111111111土111111111111111111111土11111111土11111111111111土11111111111111111111111土111土11111111111111111111111土111111111111111土111111111111土11111111111111111土11111111111111111工11111111上土t11111111土土111111111111111111111

15、1111111111111111111111111111l一工111111111t11土王111111111蔓11量11置111量ooooo111111111111111o0o0o00oo111土1111111111土土ooo1重10o1111o1111111童11oo土11工1oo011土土11置1。土101王重011童工111oooo11111o111111o111工1111重ooo011o1111111111o衛(wèi)111111111

16、1ooo111111土111o11111111111111ooo1o1111101111111111111110001o土1111oo11111111111土111110oo1土工1101111111t11111土111oo10o1土0o1110x111童11o1t1111o1o011o王11置11111111工11t1011o0o111111111111重1111o1工1工土1oo111111111土土1111111111111111

17、1111111o1111衛(wèi)o11111111111土1土111111111111111111111110111111111111王土1to11111111t11111111111111工111111111o111111111111111111重111工1土1111111土111111111111111111111111111王土1111111111111王1土1王土111111111111111土1土111111111111111111

18、1111111111111111土111土111111111111111111111111111111oo11工1ooo1土1o010o11o111o0o1111100土11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111土1111111111111111111土11111土土111111111111111111111111111111111111111111111