智能車總體方案智能車系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC68S912DP256為核心，由電源模塊、傳感器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、轉(zhuǎn)向電機控制模塊、控制參數(shù)選擇模塊、單片機模塊等組成，如圖1所示。智能車系統(tǒng)工作電壓由 1.6V、 5V、7.2V三個系統(tǒng)混合組成，其中7.2V用于給驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)向舵機供電，5V給車速傳感器、MCU以及光電傳感器接收管供電，1.6V給發(fā)光管供電。為了在線控制參數(shù)的調(diào)整方便，還設(shè)置了一個控制參數(shù)選擇模塊，可以通過幾個按鍵的設(shè)置，調(diào)用不同的程序或控制參數(shù)，以適應(yīng)不同場地條件的要求。

圖1智能車總體結(jié)構(gòu)
智能車的工作模式是：光電傳感器探測賽道信息，轉(zhuǎn)速傳感器檢測當前車速，電池電壓監(jiān)測電路檢測電池電壓，并將這些信息輸入單片機進行處理。通過控制算法對賽車發(fā)出控制命令，通過轉(zhuǎn)向舵機和驅(qū)動電機對賽車的運動軌跡和速度進行實時控制。
想要取得智能車比賽的好成績，模型車底盤參數(shù)優(yōu)化和硬件設(shè)備的可靠性是非常重要的。其中，前輪定位參數(shù)優(yōu)化、轉(zhuǎn)向舵機力臂增大和底盤重心位置調(diào)整對于車模的機械性能有著較大的影響。底盤參數(shù)的優(yōu)化參見[1>，本文不贅述。
路徑識別方案選擇與電路設(shè)計路徑識別方案是首先需要確定的，主要有以下幾個問題。
*光電識別還是攝像頭識別；
*傳感器如何排列？間隔多大、形狀如何、單排還是雙排；
*傳感器可向前探測的遠度；
*傳感器信號采用數(shù)字式還是模擬式；
*電路上如何實現(xiàn)。
由于光電識別方案簡單可靠，因此本文采用了光電識別方案。
數(shù)字式光電識別與模擬式光電識別比賽組委會要求傳感器個數(shù)最多為16個，除掉1個轉(zhuǎn)速傳感器，可用于探測路徑的傳感器為15個，而傳感器允許布置的總寬度為25cm，如果采用數(shù)字式光電傳感器均勻分布，對道路的探測精度只能達到17mm左右，這樣賽車在前進過程中很難達到很高的控制精度和響應(yīng)速度。從本質(zhì)上講，數(shù)字式光電傳感器的劣勢就在于它丟掉了路徑探測中的大量信息。
模擬式光電傳感器從理論上可以大大提高路徑探測精度。模擬式光電傳感器的發(fā)光和接收都是錐角一定的圓錐形空間，其電壓大小與傳感器距離黑色路徑標記線的水平距離有定量關(guān)系：離黑線越近，電壓越低，離黑線越遠，則電壓越高(具體的對應(yīng)關(guān)系與光電管型號以及離地高度有關(guān))，如圖2所示。

圖2傳感器電壓與偏移距離關(guān)系示意圖
因此，只要掌握了傳感器電壓—偏移距離特性關(guān)系，就可以根據(jù)傳感器電壓大小確定各傳感器與黑色標記線的距離(而不是僅僅粗略判斷該傳感器是否在線上)，進而獲得車身縱軸線相對路徑標記線的位置，得到連續(xù)分布的路徑信息。
根據(jù)實車試驗，可以將路徑探測的精度提高到1mm。這樣傳感器采集的信息就能保證了單片機可以獲得精確的賽道信息，從而為提高賽車的精確控制提供了保證。
雙排排列與前瞻設(shè)計本文開發(fā)了智能車性能仿真平臺[2>，對傳感器的布局進行了深入研究[3>。由于轉(zhuǎn)向舵機、電機和車都是高階慣性延遲環(huán)節(jié)，從輸入到輸出需要一定的時間，越早知道前方道路的信息，就越能減小從輸入到輸出的滯后。檢測車前方一定距離的賽道就叫前瞻，在一定的前瞻范圍內(nèi)，前瞻越大的傳感器方案，其極限速度就會越高，其高速行駛過程中對引導(dǎo)線的跟隨精度也相對較高，系統(tǒng)的整體響應(yīng)性能較好。因此路徑識別模塊設(shè)計成抬起與地面形成一個夾角，前排傳感器用于前瞻，后排傳感器對賽道始點進行識別、計算車身縱軸線與賽道中心線的偏差斜率，以利于更好地調(diào)整車輛的姿態(tài)。
為了保證在離地間隙盡可能大的情況下光電傳感器仍然有足夠大的發(fā)光強度，本文采用了大電流脈沖觸發(fā)發(fā)光的控制方式。
根據(jù)實驗測試，發(fā)光管在發(fā)光時，經(jīng)過的電流約為0.5A。如果用15個傳感器，則瞬時電流為7.5A。這樣大的電流肯定會對電池電壓造成一定的沖擊，不利于整個系統(tǒng)的正常運行。因此將前后排傳感器的發(fā)光時間錯開，通過兩套觸發(fā)電路來控制發(fā)光。這樣就有效減小了紅外發(fā)光管發(fā)光時對電池電壓的沖擊。
轉(zhuǎn)向和驅(qū)動控制與路徑記憶算法
驅(qū)動電機控制本文在電機輸出軸上加一齒盤，電機輸出軸的轉(zhuǎn)動帶動齒盤的轉(zhuǎn)動。將對射光偶發(fā)光和接受管放在碼盤兩側(cè)。碼盤轉(zhuǎn)動時，由于碼盤上的齒經(jīng)過發(fā)光管發(fā)出的光線時，會阻礙光線傳播。所以接收管兩端的電阻會有很大的變化，這樣，在電路中采樣電阻兩端的電壓就會有很大的變化。用處理器上的脈沖捕捉端口采集電壓脈沖單位時間內(nèi)的個數(shù)，就會獲得電機轉(zhuǎn)速，從而獲得車速。
電機驅(qū)動采用的是飛思卡爾公司的MC33886。所不同的是本文采用了三片MC33886并聯(lián)，一方面可以減小導(dǎo)通電阻，提高電機驅(qū)動能力，并且MC33886的發(fā)熱情況也有了很大的好