基于模糊算法的智能小车控制系统的研究

肖红霞　周密

摘 要：采用模糊控制算法，以单片机MC9S12XS128为控制核心，结合CCD线性器件作为道路信息检测设备设计了智能小车控制系统。道路寻优模糊控制算法，可实现了对直道、蛇形弯道以及大半径弯道三种典型道路的自动跟随。

关键词：模糊算法；智能小车；道路检测

智能小车是具有自动导航功能的智能汽车的微缩模型。随着智能化的发展，智能车技术也将逐步壮大，功能将更完善，将具有更为广泛的应用前景。该系统设计可分为硬件实现、算法应用和软件实现三部分。

1 硬件实现

1.1 整体模块设计

该控制系统的结构主要由飞思卡尔MC9S12XS128单片机、CCD路径识别模块、红外线传感器测速模块、电源管理模块、直流驱动电机模块、舵机转向模块、液晶屏动态显示模块组成，如图1所示。

1.2 局部模块实现

⑴CCD路径识别模块设计。首先在行、场同步信号的时间基准下，由MC9S12XS128的A/D口对CCD摄像头扫描出的路径视频信号进行采集，并对此图像路径信息处理；然后选取途中合适的点算出小车与路径的夹角与偏移距离；最后把已知数据传给单片机，模糊算法控制舵机转角，同时采用模糊控制与比例微分控制相结合的方法控制电机的速度，MC9S12XS128将舵机转角信息准确输给舵机PWM信号，以及速度信息实时输出驱动电机的PWM转速控制信息，从而实现小车的智能路径跟踪。

⑵测速模块设计。速度检测电路主要是为电机控制提供准确的速度反馈，让小车能在不同的路况上行驶时准确的设定不同的速度。系统采用红外线传感器的对射式传感方式进行测速，检测电路如图3所示。

2 模糊算法应用

2.1 模糊控制器设计

本系统通过上面传感器采集到的信息，可以设计一个双输入双输出的模糊控制器，输入变量是由上面经过处理的路径识别模块的数据和测速电路的数据，输出是转角和速度的控制信号，从而实现舵机的转向控制和电机的转速控制。

2.2 模糊控制器应用

⑴舵机控制策略。CCD传感器反馈智能车偏移轨迹的偏移量可以通过测得的小车与路径的偏移夹角和偏移距离计算得到，将这两个量送入模糊控制器，求得到需要的输出量。根据提供的数据，对其进行模糊化，模糊推理，反模糊化等操作，最后将得到的数据处理成相应转角信号，然后送给舵机。

⑵速度控制策略。在模糊控制的基础上，对小车测得的速度采用位置式闭环Pd控制进行调整，可以保证小车在各种负载和供电变化的情况下车速能稳定、快速的达到预定速度。

3 软件实现

CCD智能车系统的软件开发设计是基于CodeWarrior CW12 V4.5编程环境，使用汇编与C语言相结合实现的。整体方案程序模块设计如图4所示。

4 小结

单片机MC9S12DG128B对采集到的视频图像数据进行预处理、提取赛道信息、进行路径识别，然后运用模糊算法将转角信息转换成舵机PWM信号，同时对电机进行模糊PD控制，并将速度信息通过12864液晶屏动态显示。模糊算法的高效性提高了小车的路径跟踪精度和运行速度。

[参考文献]

[1]刘建刚，程磊，黄剑.基于CCD图像识别的HCS12单片机智能车控制系统[J].光电技术应用，2007，22（6）.

[2]汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与应用技术[M].清华大学出版社，2002.