基于PID控制算法的智能小车设计方案

　　0 引言

　　轮式小车是智能小车机械结构的主体部分，由车身、轮子、速度传感器、转动轴等结构部件构成。还包括提供动力的驱动器，采集环境信息的摄像头等模块，综合实现收集小车的自身状态信息或外部环境信息，并对传感器的数据进行分析、融合，动态调整小车的运动状态，实现在一定条件下的自主寻迹行驶。

　　本智能车采用PID控制算法，使用CCD线型摄像头作为黑色引导线的检测设备，经LM393比较后供单片机进行数据采集，图像识别，从而可以进行路径识别。电机驱动采用的是PC33886，使用直射型光电传感器来测量速度，并将相关信息显示在LCD液晶显示屏上，并采用4个按钮按键进行参数设定，为现场调试提供了友好的人机交互界面。

　　1 系统框架设计

　　整个车模系统可以分为三大部分：环境图像采集部分、电机和舵机驱动部分、中央数据处理部分，且采用16位微控器MC9S12DGl28B作为核心控制单元，系统框图如图1所示。

　　智能车的动力部分使用的是常见的小型永磁式直流电机。这种电动机的驱动电路非常成熟，既有分离元件组成的驱动器，也有一体化的功率集成驱动芯片可供选用。

　　智能汽车最重要的部件，也就是智能汽车的大脑——中央处理系统。它不仅负责将环境图像采集部分送来的图像数据进行处理，还要将这些信息转化成为电机的驱动控制信号，使整车按照预定的规则前行，这就要求该系统具有庞大的数据处理能力。

　　2 路面检测模块

　　2.1 路面检测方案比较及可行性分析

　　环境图像采集部分可以采用阵列红外探头和CCD或CMOS图像传感器来实现，前者的特点是价格低廉、电路简单、应用方便，缺点是性能有限，对复杂环境的适应能力较弱，效果较差。而CCD或COMS图像传感器(摄像头)就能弥补阵列红外探头的各种缺点。

　　为了能快速采集图像数据并且兼顾开发的难易程度，在此次设计中将采用输出标准TV视频信号的黑白监控摄像头。这种摄像头可以配合行、场同步信号分离电路和单片机自身的A/D转换电路，可以将图像方便地采集进来，从而回避数字型摄像头复杂的总线协议和数据处理过程。

　　2.2 硬件设计

　　LM1881视频同步信号分离芯片可以从摄像头信号中提取信号的时序信息，LM1881的同步分离电路如图2所示。

　　引脚2为视频信号输入端，摄像头信号即由此输入LM1881，引脚3为场同步信号输出端，当摄像头信号的场同步脉冲到来时，该端将变为低电平，一般维持 230μs，然后重新变回高电平，引脚7为奇一偶场同步信号输出端，当摄像头信号处于奇场时，该端为高电平，当处于偶场时，为低电平。奇一偶场的交替处与场同步信号的下降沿同步，也就是和场同步脉冲后的上升沿同步。