一种双线循迹智能车控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人智能车领域，特别是一种双线循迹智能车。
【背景技术】
[0002]全球第一辆无人智能驱动车的研发制造出现在1953年，该类型智能车借助于埋线电磁感应技术实施路径跟踪服务。当今随着传感器技术不断进步，更基于智能算法的持续优化，使得无人控制智能车的设计技术与水平一路走高，愈发高度的集成化技术也渐渐显现，同时，全国大学生“飞思卡尔”智能车竞赛是教育部倡导的信息领域六大学科赛事之一。比赛以快速跑完规定赛道为目标，尽可能提高车模速度，这不仅需要智能车有可靠的硬件，还更需要良好的算法作支撑。智能车在连续的赛道上行驶，需要平滑连续的控制才能保证智能车的稳定性和快速性，三次样条插值算法能保证插值点两侧轨迹的连续性，具有稳定性和平滑性，已应用于机器人的步态规划等领域。
【发明内容】
[0003]针对上述存在的问题，提供一种双线循迹智能车，避免了智能车易于偏离预定轨道的问题的发生而能以良好路径稳定可靠行进，且能以尽可能快的速度抵达目的地，验证了三次样条插值方法在智能车路径优化中应用的有效性。
[0004]—种双线循迹智能车控制系统，包括路径检测传感器模块、SD卡模块、电机驱动模块、微控制器模块、拨码开关和按键等参数调节模块。其特征在于:图像采集分三个步骤:开始曝光，曝光，读取AD值图像数据。
[0005]该研究涉及的智能汽车采用TSL1401线阵CCD传感器作为路径检测采集模块，飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128作为控制核心，欧姆龙500线编码器作为速度采集模块。
[0006]一种双线循迹智能车控制系统，图像边界提取及偏差求取方法:从图像的中心向两边搜线，即搜线起点坐标为固定的中心，往左边找到相邻两个像素点不同即为左边界，同理往右找到右边界。
[0007]—种双线循迹智能车控制系统，PD算法结合三次样条插值的舵机转向控制，首先要寻找各种半径需要的对应偏差，从而对线性CCD采集到的信息处理得到的偏差设置相应的离散舵机占空比值。速度控制采用PID算法结合三次样条插值来控制。只根据当前舵机偏转角度输出值确定速度的方法，这种方法的直道进弯减速效果不那么明显，但稳定性好，实际能达到的平均速度优于之前的速度给定方法。
[0008]作为本发明图像边界提取及偏差求取方法的一种优选方案，采用动态的中心值往两边搜线，即定义一个二位数组middle2，提取的边界的中心值middlel作为这一次往两边搜线的起点，从而解决了弯道丢线的问题。偏差bias的求取即为左右边界的坐标值和减去(线性CCD的总像素点)，这种偏差的计算方法可以避免赛道宽度的影响。
[0009]有益效果:本发明最大程度上使用了单片机自身资源，通过三次样条插值规划出各种半径对应的期望舵机占空比和设定的速度脉冲值，结合ro算法来控制舵机转向，结合PID算法控制电机速度，避免了智能车易于偏离预定轨道的问题的发生而能以良好路径稳定可靠行进，且能以尽可能快的速度抵达目的地。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的系统框图。
[0011]图中标记:1-舵机、2-拨码开关、3-电机、4-速度检测模块、5-SD模卡、6-PC机、7路径检测模块-、8-CPU。
【具体实施方式】
[0012]—种双线循迹智能车控制系统，包括路径检测传感器模块、SD卡模块、电机驱动模块、微控制器模块、拨码开关和按键等参数调节模块，由微控制器采集并分析当前传感器模块传送过来的赛道信息计算出舵机打脚和电机速度等参数，从而使智能小车能在跑到上快速稳定的行驶，其特征在于:图像采集分三个步骤:开始曝光，曝光，读取AD值图像数据，用中断实现曝光延时，这样可以在曝光阶段处理其他任务。图像处理:首先采取动态阈值对图像二值化，白色值为250，黑色值为0，然后再提取二值化图像的信息。总体流程为系统先初始化，再采样并二位化处理，确定位置，先后开始舵机控制和电机控制，最后重复下个周期。
[0013]—种双线循迹智能车控制系统，其特征在于:图像边界提取及偏差求取方法:从图像的中心向两边搜线，即搜线起点坐标为固定的中心，往左边找到相邻两个像素点不同即为左边界，同理往右找到右边界。另一种方法是采用动态的中心值往两边搜线，即定义一个二位数组middle[2]，提取的边界的中心值middle[l]作为这一次往两边搜线的起点，从而解决了弯道丢线的问题，偏差bias的求取即为左右边界的坐标值和减去128 (线性CCD的总像素点)，这种偏差的计算方法可以避免赛道宽度的影响。
[0014]常规赛道类型主要包括小S，直道，各种不同半径的弯，总结来看，赛道的元素基本可以看作是各种不同半径的弯组成，其中直道是半径无穷大的弯，因此，利用不同半径的弯对应的较好路径的偏差对小车的方向进行控制为主要思路。所以首先要寻找各种半径需要的对应偏差，从而对线性CCD采集到的信息处理得到的偏差设置相应的离散舵机占空比值，实践证明，在赛道类型相对简单的路况下，小车能以良好的路径行进，比如在半径为60cm的赛道上行进，线性CCD得到的偏差与设置的占空比有一个适合这个半径的平衡点，即输入偏差绝对值为75左右时，舵机的输出占空比为270左右，使得智能车能以这个平衡点以固定打脚稳定行进。然而相对连续变化或较复杂赛道类型的赛道，这种离散的对应关系难以满足要求，甚至造成震荡。解决的方法是对半径再细分，得到离散点更多的表，然而再对的半径进行更细的划分是不切实际，而且耗费时间，从而引入三次样条插值算法，使得打脚连续。样条插值的主要思路是，根据已有的数据点，找到一组拟合多项式，在多项式拟合过程中，对每组相邻的数据点，用多项式去拟合数据点之间的曲线。同时舵机采用H)控制，舵机控制的输入量为线性CCD采样得来的偏差，通过舵机转向角不同控制车模转向消除车模距离道路中心的偏差，根据动态补偿的非线性系统的近似最优ro控制，比例P采用动态值，，即三次样条插值所得的值除以偏差所得，微分D的作用是用来使智能车在运动的状态下保持相应偏差所需的占空比，同时附带提前转弯的效果，D的选取应该从小往大取值，直到出现震荡再稍微往小调，通过合理的选取D值，可以实现较好的路径。
[0015]本发明采用PID算法结合三次样条插值来控制驱动电机的速度。一般来说速度控制并不是最困难的，智能车要以最短的时间完成全程，车处在不同赛道段的速度给定才是最有难度的。我们首先考虑如下:直道应当尽量快，弯道也要尽量快，直道进弯要减速，弯道出直道可以适当加速。为此我们最先采用偏差值来设定速度值，最终发现效果不是很好，分析原因如下:小S有偏差，导致减速；在大S等弯道会出现偏差小，车体还没回到合适的姿态，就给较大的速度值，导致之后的姿态也不好控制，严重影响路径。最终本发明采取了一种只根据当前舵机偏转角度输出值确定速度的方法，这种方法的直道进弯减速效果不那么明显，但稳定性好，实际能达到的平均速度优于之前的速度给定方法。同样的，当对速度设置离散的对应关系时，由于速度变化差值较大，对不同摩擦力的地面，在速度调节上会由于超调使速度在半径不变的情况下不能达到稳定状态，严重影响路径，所以在寻找不同半径的稳定速度情况下，应该使速度变化平滑连续，充分利用不同半径不同速度的特征，使得速度设置达到最优。
【主权项】
1.一种双线循迹智能车控制系统，包括路径检测传感器模块、SD卡模块、电机驱动模块、微控制器模块、拨码开关和按键等参数调节模块，其特征在于:图像采集分为:开始曝光，曝光，读取AD值图像数据。2.根据权利要求1所述的一种双线循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的智能汽车采用TSL1401线阵CCD传感器作为路径检测采集模块，飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128作为控制核心，欧姆龙500线编码器作为速度采集模块。3.根据权利要求1所述的一种双线循迹智能车控制系统，其特征在于:图像边界提取及偏差求取方法:从图像的中心向两边搜线，即搜线起点坐标为固定的中心，往左边找到相邻两个像素点不同即为左边界，往右找到右边界。4.根据权利要求1所述的一种双线循迹智能车控制系统，其特征在于:采用三次样条插值的舵机控制转向。5.根据权利要求1所述的一种双线循迹智能车的速度控制系统，其特征在于:采用PID算法结合三次样条插值。6.根据权利要求1所述的一种双线循迹智能车控制系统，其特征在于:方法采用动态的中心值往两边搜线，定义一个二位数组middle2，提取的边界的中心值middlel作为这一次往两边搜线的起点。
【专利摘要】本发明提供了一种双线循迹智能车控制系统，智能车通过TSL1401线阵？CCD采集赛道两边的黑线，以单片机作为核心控制单元实现智能车的自动识别循迹功能。详细说明三次样条插值在智能车转向和速度控制中的应用，该智能车能稳定、准确、快速、以良好的路径自主行驶。
【IPC分类】G05B19/04
【公开号】CN105652698
【申请号】
【发明人】夏子涵
【申请人】成都市创为凯科技信息咨询有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月10日