一项基于光电管路径识别的智能车系统设计

　　1.4 车速检测模块

　　车速检测模块采用韩国Autonics公司的E30S-360-3-2型旋转编码器作为车速检测器件。该旋转编码器硬件电路简单、信号采集速度快，360线的精度足以满足PI控制算法调节的需要。旋转编码器与直流驱动电机通过齿数为1:1的两齿轮连接在一起，所以智能车车轮转动一圈即可以用360个脉冲表示。因此一定时间内单片机累加器获得的脉冲数值可以用来表示车速，并可直接作为控制器参数。图4为车速检测模块硬件电路图。

　　1.5 舵机控制模块

　　本系统使用SANWASRM102型舵机完成智能车转向。舵机属于位置伺服电机，控制信号是MC9S12DG128单片机产生的PWM信号。舵机自身硬件特性决定：在给定电压一定时，空载和带载时的角速度分别保持恒值，而线速度，正比于转臂的长度R。当舵机所需转动幅度一定时，长转臂要比短转臂转动的角度小，即响应更快。如图5所示，对于转臂1和2，当R1。因此对于相同的角速度，可得转臂响应时间t1>t2。显然利用舵机的转距余量可以提高系统整体的响应速度。

　　智能车在行驶过程中，舵机的响应时间决定着系统的稳定性及快速性。为了减小舵机的时滞现象，充分利用舵机的转矩余量，本系统采用了以下三种方法：

　　（1）提高舵机工作电压，使其工作在额定电压之上，从而减小舵机的响应时间；

　　（2）将舵机转臂加长至3.5cm，充分利用转矩余量；

　　（3）将两个8位PWM寄存器合并为一个16位PWM寄存器，将舵机的PWM控制周期放大至2000，从而细化PWM控制量，使转臂变化更加灵活、均匀。

　　1.6 直流驱动电机控制模块

　　本系统中，直流驱动电机控制模块由RS-380SH型直流电机、功率驱动芯片ULN2003、电机驱动芯片MC33886及MC9S12DG128微处理器组成。

　　功率驱动芯片ULN2003为单片高电流增益双极型大功率高速集成电路，本系统采用了其中两组用于增强单片机输出的PWM信号的驱动能力。

　　图6为直流驱动电机硬件控制电路图。

　　其中，电机驱动芯片MC33886是单片集成的H桥元件，它适用于驱动小马力直流电机，并且有单桥和双桥两种控制方式。D1、D2为使能端，IN1、IN2为PWM信号控制输入端，OUT1、OUT2为输出端。由于智能车从直道高速进弯时需通过紧急降速来保证系统的稳定，所以电机正转时必须能够产生反向制动力矩。因此本系统选择了MC33886的全桥工作方式。

　　当需要智能车减速时，PI控制器计算值为负，令PWM5输出的PWM信号占空比为零，PWM3输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同，并且计算值越负，OUT2的电平高出OUT1越多，电机有反转趋势。反之，当需要智能车加速时，PI控制器计算值为正，PWM3输出的PWM信号占空比为零，PWM5输出的PWM信号占空比与计算值的绝对值相同，计算值越大，OUT1的电平高出OUT2越多，电机有正转趋势。