智能无人驾驶汽车计算机控制系统

智能无人驾驶汽车计算机控制余统

一、智能无人驾驶汽车计算机控制系统简介.智能无人驾驶简介1智能无人驾驶汽车是一种集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体日勺综合系统,对车辆日勺操作实质上可视为对一种多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源区I复杂非线性系统的I控制过程驾驶员既要接受环境如通路、拥挤、方向、行人等区I信息,还要感受汽车如车速、侧性偏移、横摆角速度等的信息，然后通过判断分析和决策，并与自己日勺驾驶经验相比较，确定出应当做的I操纵动作，最终由身体、手、脚等来完毕操纵车辆时动作因此在整个驾驶过程中，驾驶员日勺人为原因占了很大的比重一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的状况，很轻易导致交通事故

二、系统的控制规定

（1）系统中心控制部件（单片机）可靠性高，抗干扰能力强，工作频率最高可到达25MHz,能保障系统的实时性

（2）系统在软硬件方面均应采用抗干扰技术，包括光电隔离技术、电磁兼容性分析、数字滤波技术等

（3）系统具有电源实时监控、欠压状态自动断电功能

（4）系统具有故障自诊断功能

（5）系统具有良好的人性化显示模块，可以将系统目前状态的重要参数（如智能车速度、电源电压显示在LCD上

二、6系统中汽车驱动力为500N时，汽车将在5秒内到达10m/s的J最大速度

三、系统总体方案设计

1.系统总体构造整个系统重要由车模、模型车控制系统及辅助开发系统构成智能车系统的功能模块重要包括控制关键模块、电源管理模块、途径识别模块、后轮电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度检测模块、电池监控模块、小车故障诊断模块、LCD数据显示模块及调试辅助模块每个模块都包括硬件和软件两部分硬件为系统工作提供硬件实体，软件为系统提供多种算法

2.控制机构与执行机构智能车重要通过自制小车来模拟执行机构，自制小车长为

34.6cm,宽为

24.5cm,重为

1.2kg,采样周期为3ms,检测精度为4mmo控制机构中，主控制关键采用freescalel6位单片机MC9S12DG128B系统在CodeWarrior软o件平台基础上设计完毕，采用C语言和汇编语言混合编程，提供强大的I辅助模块，包括电池检测模块、小车故障诊断模块、LCD数据显示模块以及调试辅助模块在途径识别模块，系统运用了freescaleS12系列单片机提供的模糊推理机

3.控制规律由于系统电机控制模块控制小车的运动状态，其在不一样阶段特性参数变化很大，故采用数字PID控制器，该控制器技术成熟，构造简朴，参数轻易调整，不一定需要系统确实切数字模型

4.系统各模块的重要功能控制关键模块使用freescalel6位单片机MC9s12DG128B,重要功能是完毕采集信号的处理和控制信号的输出电源管理模块对电池进行电压调整，为各模块正常工作提供可靠的电压途径识别模块完毕跑道信息H勺采集、预处理以及数据识别后轮电机驱动模块为电机提供可靠的驱动电路和控制算法转向舵机控制模块为舵机提供可靠的控制电路和控制算法速度检测模块为电机控制提供精确的速度反馈电池监控模块对电池电量进行实时监控，以便科学的运用，保护电池小车故障诊断模块对小车故障进行迅速、精确的诊断LCD数据显示模块显示系统目前状态的重要参数调试辅助模块使得小车调试愈加以便

5.系统时开发平台系统软件开发平台采用CodeWarrior forS12

二、系统硬件和软件设计

1.系统的硬件设计系统硬件系统框图如下:如下按各模块来分别设计本硬件电路1电源管理模块电源管理模块的功能对电池进行电压调整，为各个模块正常工作提供可靠的工作电压O电源管理模块采用

7.2V、2023mAh银镉电池以及LM25765V,LM3176V稳压芯片构成2微处理器采用微处理器MC9s12DG1283途径识别模块红外发射管和红外接受管以及达林顿管ULN2803A作为途径识别的传感器采用双排传感器的方略，第一排传感器专门用于识别途径以及记忆途径的多种特性点，第二排传感器专门用于识别起始位置与十字交叉路口，由于不一样传感器的功能不一样样，因此它们的布置与安装位置也是不一样4后轮驱动和速度检测模块驱动直流电机日勺型号为RS—380SII,输出功率为

0.9W—40W电机驱动部分采用了两块MC33886o构成的全桥式驱动电路，可以控制电机日勺反转以到达制动日勺目的5转向舵机模块:但凡需要操作性动作时都可以用舵机来实现本设计采用日勺舵机型号为HS-925SANWA,尺寸为

39.4*

37.8*

27.8,重量56kg,工作速度

0.Hsec/

604.8V,

0.07sec/

606.0V,堵转力矩

6.1kg6电源电压检测模块智能车采用银镉电池供电，本模块用到的重要器件为光电耦合芯片TLP521-2以及运算放大器LM324o7液晶显示模块:LCD控制器HD44780o8辅助调试模块红外遥控本模块重要用红外接受器HS0038A和红外遥控器来进行遥控控制9故障诊断模块运用单片机的SCIO口，通过RS—232接口与上位机连接起来，通过软件编程，小车不停的I向上位机发送代码，通过故障代码就可以立即诊断出故障源

2.系统的软件设计1后轮驱动电机控制算法采用数字控制器的持续化设计技术PID控制算法来控制本部分电路PID控制器的传递函数为Us1K,K S2+Ks+KjD⑶=六=勺小=〃+」+〃巳1+4K K=^——__L jJL Js ss设定Kp二1500进行测试，此时仿真静态值与静态误差以及上升时间已基本满足系统需求，从而完全可以通过继续增长比例系数来调整系统特性，进而理论上可以省去积分环节不过伴随比例系数的增长动态过程将让人不满意，其动态变化将过快，从而给驾驶人员带来身体上日勺不适，增长积分环节:积分环节的加入可以调整系统的静态误差设定Kp=1000,Ki=50系统基本实现设计规因此综上所述，我们设计欧IPID控制器区）传递函数为:,采样周期为T=O.ls然后，运用数字控制器H勺离散化设计环节来设计本系统通过前面的分析，懂得被控对象日勺持续传递函数为其中，m二1000,b=50由于零阶保持器日勺传递函数为因此得到广义对象的脉冲传递函数为l-eTs-------------------------------]=1_z-1Z[]1000s+50510005GQ=Z[——s+50=1-——*l-z,*20*Z[-——!—]10001X1000s-1----------S-\------SSH20201l-e20z-J

0.0488Z-150-―4J-501-

0.9512Z-1l-e20z对单位脉冲输入信号欧I十倍，，选择在十倍口勺单位阶跃信号，采样周期为1s时，只需一拍输出就能跟踪输入，误差为零,非常好的到达了系统H勺设计规定

（2）途径识别模块日勺软件设计途径识别重要运用MC9S12DG128B内部的模糊推理机运用模糊逻辑的基本知识来实现

（3）数字滤波技术在电动机数字闭环控制系统中，测量值是通过系统的J输出量进行采样而得到的它与给定值r（t）之差形成偏差信号，因此，测量值是决定偏差大小的重要数据测量值假如不能真实地反应系统时输出，那么这个控制系统就会失去它的作用在实际中，对电动机输出的测量值常混有干扰噪声，用混有干扰日勺测量值作为控制信号，将引起误动作，在有微分控制环节的系统中还会引起系统震荡，危害极大在本系统设计中，采用了移动平均滤波法移动平均滤波法没计算一次测量值，只需采样一次，因此大大加紧了数据处理速度，非常适合于实时控制移动平均滤波法是将采样后的数据按采样时刻的先后次序寄存在RAM中，在每次计算前先次序移动数据，将队列前的最先采样的数据移出，然后将最新采样的数据补充到队列的I尾部，以保证数据缓冲区里总有n个数据，并且数据仍按采样的I先后次序排列这时计算队列中各数据日勺算术平均值，这个算术平均值就是测量值，它实现了每采样一次，就计算一种

（4）转向舵机控制算法舵机控制是智能车系统中很重要的J一种环节，舵机控制取I好坏也直接影响了小车欧（控制效果，舵机日勺控制信号为20nls的脉宽调制信号，其中脉冲宽度从

0.5ms—

2.5ms,相对应舵盘的位置为0—180度，呈线性变化也就是说，给它一定的脉宽，它日勺输出轴就会保持在一种相对应欧I角度上，无论外界转矩怎样变化，直到给它提供一种此外宽度的脉冲信号,它才会变化输出角度到新的对应的位置上

（5）速度检测软件设计速度传感器采用红外对射式传感器，传感器感应出与速度有关的脉冲后，接下来就要识别这些脉冲有两种措施可以识别，一种是通过测量脉冲的宽度来识别小车的速度，另一种是通过计算一定期间内日勺脉冲的I个数来识别小车H勺速度本设计采用后一种措施在本设计中运用了MC9S12DG128B内部区J两个资源，分别是RTI中断和输入捕捉中断通过RTI中断，可以控制一定的时间，这段时间是固定口勺；通过输入捕捉中断，来计算捕捉脉冲日勺个数，最终通过在这段时间内捕捉H勺脉冲个数来反应小车速度的大小

五、系统设计总结该智能车控制系统智能化程度较高，使用操作简朴，性能可靠;采用专用单片机控制系统，提高系统工作可靠性；智能化程度较高，在一定程度下，基本不用人工操作；采用LCD液晶显示，人机交互化程度较高。