摘要：本规划以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为布景，提出了一种依据线性CCD收集图画引导直立小车循迹行进的计划。本文介绍了这一计划的基本思维，所依据的物理原理，并要点介绍在双速度操控算法下对转向及妨碍问题的优化处理，并依据计划实践制作了小车。实践证明该计划是可行的，而且作用较好。
要害词：智能车;直立;速度操控;Kinetis K10;TSL1401CL
导言
以往的智能车竞赛分为光电组、摄像头组及电磁组。在本届竞赛中，光电组初次测验小车直立行走，而且初次选用线性CCD作为图画收集传感器。本文介绍以飞思卡尔Kinetis K10为主控芯片，怎么运用线性CCD所收集的图画进行数据处理的进程以及依据首创的双速度操控算法，从速度操控上处理了智能车过妨碍的问题。
1 规划原理
1.1 数据收集算法
检测途径参数能够运用多种传感器材，如光电管阵列、CCD图画传感器、激光扫描器等。各种检测办法都有相应优缺点，其间最常运用的办法为光电管阵列和CCD图画传感器。怎么有用运用单片机内部资源进行途径参数检测，是确认检测计划的要害。
CCD传感器是一种新式光电转化器材，它能存储由光发生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而完成自扫描。CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器材;而线阵是把CCD像素排成1直线的器材。本规划中运用线性CCD作为图画传感元件。
在本规划中选用TSL1401CL线性CCD，TSL1401CL线性传感器阵列由一个128×1的光电二极管阵列、相关的电荷放大器电路和一个内部的像素数据坚持器构成。该阵列由128个像素组成，其间每一个像素的光敏面积为3 524.3μm2，像素之间的距离是8μm。该芯片操作简略，只需要一个串行输入信号和一个时钟信号即可进行数据的读取。
在CCD收集上，所选用的曝光时间自习惯战略如图1所示。
从图1可看出，该曝光时间自习惯战略便是一个典型的闭环操控，操控对象是线性CCD模块的曝光时间，反响是线性CCD感应到的曝光量。调理的方针是设定曝光量。操控器的作业原理是将设定的曝光量减去实践曝光量，差值即为曝光量的误差e，曝光量调理器用Kp乘以e再加上前次的曝光时间作为新的曝光时间进行曝光，曝光时间调整后直接影响实践反响的曝光量，如此重复进行调理就能到达习惯环境光的意图。咱们的做法是取一次收集到的128个像素电压的均匀值作为曝光量当量，设定的曝光量也便是设定的128像素点均匀电压。
1.2 数据处理算法
在图画处理中，选用边际检测法检测赛道。由于赛道采回图画电压值不同，白色赛道与黑色赛道边际的交界处会呈现图画的凹槽，也便是图画数值的下降沿。将CCD的128个图画点进行坐标标示，由0～127，就能够确认出两头黑线的左右值。
得到左右坐标，依据公式“中线=(左坐标+右坐标)/2”，就提取到了中线。当然还要考虑边线丢掉的状况，咱们采纳补线的战略，假如这一时间坐标丢掉就选用上一时间未丢掉的坐标替代，这样不管在十字弯、直道、弯道仍是虚线，都能够完成很好的辨认与操控，习惯各种不同的赛道要求。
对电机的操控上，选用传统的PID操控算法。PID操控是最早发展起来的操控战略之一。PID操控器归纳了关于体系曩昔(I)、现在(P)和未来(D)三方面的信息，操控作用令人满意。工业操控95%以上都选用了PID结构，具有简略、鲁棒性好和可靠性高的长处。
PID算法示意图如图2所示。
其间，所选用的数字PID算法公式如下：
综上所述.在小车操控体系的闭环部分均选用了传统数字PID算法或改进型智能PID算法。
2 双速度操控算法计划规划
2.1 传统速度操控算法
由于车模的整个行进进程是时间改变的，在赛道构成杂乱且车模运转速度很高的状况下，关于体系的呼应要求很快。因而速度操控有必要具有敏捷、精确、呼应快的特色。由PID原理知：I(积分项)的迟滞作用会让操控体系呼应变慢，因而为习惯直立车模高速运转下的各种不同类型赛道，抛弃官方规划计划中所引荐的PI操控，而选用反响更敏捷、调理速度更快的PD操控。
直立车模是双电机别离操控左右轮，而且经过左右轮的差速进行转弯。在直立车的电机操控中，PWM波的输出是由直立操控量、速度操控量与转向操控量一起组成的，即：
电机输出量=直立操控量+速度操控量+转向操控量 (1)
传统速度操控算法中操控公式为：
速度操控量=速度设定值=速度测量值=速度设定值-(左轮速度+右轮速度)/2 (2)
由上式可知，实践值为左右轮速度的均匀值。得到速度操控量一起加给左右电机，即左右电机速度操控量一直相同，由此可知左右电机速度操控量一直相同。在传统速度操控算法下，转向操控量相关于速度操控量来说适当所以一种扰动量。
2.2 双速度操控算法
咱们所规划双速度操控的思维如下：
左电机输出量=直立操控量+左轮速度操控量+转向操控量 (3)
右电机输出量=直立操控量+右轮速度操控量-转向操控量 (4)
由于在小车行进进程中，小车坚持直立，因而在小车直立行进状态下，直立值为固定值，所以：
左速度操控量=没定值-左轮速度测量值 (5)
右速度操控量=设定值-右轮速度测量值 (6)
左、右轮速度值均由该轮速度操控量与转向操控量一起给定。
由此可知：
左轮速度操控量=设定值-(速度操控量测量值+转向操控量测量值)
