灯塔控制方式下的视觉导引车控制算法设计(3)
2．1 视觉导引智能车系统设计要求
这届比赛摄像头组的车模必须采用C车模且比赛采用发车灯塔控制的方式。摄像头组的智能车的发车与停止控制是根据灯塔的亮灭来实现的。同往届的比赛要求相同，设计的智能车要具有自主寻迹的功能，能够快速平稳地跑完全程。“飞思卡尔”竞赛近几年的赛道一直以来都采用的是主跑道为白色，赛道两边是两条黑色的引导线，智能车通过的引导线的信息采集判断自身在赛道中的位置，判断不同的赛道类别，通过不同的控制策略来控制智能车快速平稳地跑完赛道[8]。
要完成上述的要求，小车的设计必须满足以下要求：
（1）小车必须能有效识别红外信号保证小车能够正常的启动和停止。
（2）C车模是使用两个电机驱动的，在小车转弯时要建立合适的模型使得两个驱动车轮的速度不同以达到最快转弯的目的。
（3）实时控制小车的速度，根据不同的赛道选择合适的速度使得小车又快又稳的跑完全程。
（4）赛道信息的采集是基础，信息采集模块必须要有滤波功能以此来确保赛道信息采集的准确性，且能识别不同的赛道，为小车稳定快速行驶提供前提保证。
（5）设计的控制算法要合理，能实时控制舵机的转角和电机的转速。
（6）在保证实时控制的同时还要保证控制的精度，使得小车能按照预定的行驶计划行驶。
2．2 视觉导引智能车系统组成结构
智能车控制系统是一个复杂的系统，它由以下几个模块组成：单片机核心控制模块、电源模块、图像采集模块、红外采集模块、舵机转向模块、电机驱动模块、编码器测速模块以及人机接口模块等[9]，如图2.1所示。
（1）单片机核心控制模块：由于比赛要求中限制了大赛使用的芯片，因此芯片选用了MK60DN512VLQ10，该芯片具有丰富的电路和定时器等模块，可以很好地实现图像处理以及对智能车的控制任务。
（2）电源模块：智能汽车是依靠电能工作的，一个合理的电源模块可以为智能车的摄像头、电机以及舵机等各个模块提供充足的电能，使得智能车各模块能够正常工作。
（3）图像采集模块：该模块是智能车能够自主识别路径并运行的前提，它是小车的眼睛。它用于小车对赛道信息的采集，能够分辨出黑色引导线，再经过数据处理后引导小车的行驶。
（4）红外采集模块：这一模块主要用于小车的启动与停止。该模块由一个简单的红外传感器组成，可以识别出灯塔上的LED脉冲灯光，从而控制小车启动与停止。
（5）舵机转向模块：控制智能车转向的模块，它的精确性是小车流畅平稳地在各种赛道上行驶的前提，由核心控制模块输出的PWM波控制。
（6）电机驱动模块：电机接收到核心控制模块传输来的具有一定占空比的PWM波后以相应的转速转动，实现合理的速度控制。
（7）编码器测速模块：具有测量智能车当前速度的功能，是控制电机转速不可或缺的一个环节。
（8）人机交互模块：该模块可以直接向核心控制模块输入控制参数改变智能车控制策略。也可以得到智能车反馈过来的数据，便于智能车系统的调试[10]。
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