CN206470607U - 智能循迹车的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人工智能领域，更具体地说，涉及一种智能循迹车的控制系统。所述控制系统包括单片机控制单元、电源模块、检测路面信息的循迹模块、执行操作的驱动模块和检测障碍物的避障模块，其特征在于：所述控制系统还包括能够识别红绿灯的颜色识别模块。本实用新型所控制的智能循迹车可自动行驶在模拟的马路上，并满足实际驾驶的要求。所以本实用新型对于无人驾驶的研究可以提供重要的参考数据。

Description

智能循迹车的控制系统

技术领域

本实用新型涉及人工智能领域，更具体地说，涉及一种智能循迹车的控制系统。

背景技术

随着人工智能领域的快速发展，人工智能被运用到各行各业。例如，智能循迹车就被广泛的应用在物流、导购等工作中。而近些年，随着无人驾驶技术被广泛研究，智能循迹车也被研究的越来越深入。

传统的智能循迹车的控制系统一般包括单片机、电源模块、循迹模块、驱动模块和避障模块。然而上述智能模块并不能控制无人车完全满足路面行驶的要求。

所以要研究一款可以满足各种路面行驶条件的控制系统对于研究无人驾驶尤为重要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中智能车的控制系统无法完全满足路面行驶要求的缺陷，提供一种智能循迹车的控制系统，其可是控制智能循迹车自动行驶在模拟的马路上，并满足实际驾驶的要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能循迹车的控制系统，包括单片机控制单元、电源模块、检测路面信息的循迹模块、执行操作的驱动模块和检测障碍物的避障模块，其特殊之处在于：所述控制系统还包括能够识别红绿灯的颜色识别模块；所述电源模块与单片机控制单元电性相连，并为所述控制系统提供电源；所述循迹模块与单片机控制单元电性相连，并将检测到的路面信息传送至单片机控制单元；所述避障模块与单片机控制单元电性相连，并将检测到的障碍物信息传送至单片机控制单元；所述颜色识别模块与单片机控制单元电性相连，并将识别到的红绿灯信息传送至单片机控制单元；所述驱动模块与单片机控制单元电性相连，所述单片机控制单元将接收到的路面信息、障碍物信息和红绿灯信息转化为相应的操作信号输出至驱动模块。

进一步地，所述颜色识别模块包括TCS3200D颜色传感器。

更进一步地，所述单片机控制单元包括AT89C51单片机。

再进一步地，所述循迹模块包括作为检测的TCRT5000红外反射式对管和作为电压比较器的LM324。

还进一步地，所述避障模块为超声波避障模块，包括定时器、发射器、接收器和放大处理器，所述定时器的输入端和放大处理器的输出端分别与AT89C51单片机相连，所述定时器的输出端与发射器的输入端相连，所述接收器的输出端与放大处理器的输入端相连。

又进一步地，所述驱动模块包括作为驱动芯片的L293D和两个直流电机。

在上述技术方案中，所述TCRT5000红外反射式对管有两个，分别与相应电阻串联后再并联组成检测电路；所述检测电路的输出端与LM324的输入端相连。

进一步地，所述LM324的3脚上连接有可调电阻R13，所述LM324的5脚上连接有可调电阻R15。

在本实用新型所设计的智能循迹车的控制系统中，电源为整个控制系统提供电源；单片机控制单元为最主要的控制模块，用于接收各模块传递来的信息并进行处理，再将各模块的信号传递给驱动模块，使驱动模块对智能循迹车产生指令，从而控制智能循迹车的后轮。循迹模块用于检测路面的信息，并将路面信息输出给单片机控制单元处理，处理后的路面信息送至驱动模块。所以循迹模块是用于保证智能循迹车始终行驶在正确的路线上。避障模块采用超声波原理，其发射器发射超声波，然后不断接受物体反射的回波，计算发射与接受的时间差t。将时间差t结合公式计算小车与物体间的距离，然后将相应信息输出至单片机控制单元处理，驱动模块再根据车与障碍物之间的距离输出指令，使智能循迹车采取相应的反应。颜色识别模块用于识别红绿灯信息，将接收到的红绿灯信息传送至单片机控制单元处理，然后驱动模块再根据处理后的红绿灯信息来控制智能循迹车。

由上述功能可知，本实用新型所控制的智能循迹车可自动行驶在模拟的马路上，并满足实际驾驶的要求。所以本实用新型对于无人驾驶的研究可以提供重要的参考数据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型颜色识别模块的TCS3200D电路图；

图3是本实用新型循迹模块的TCRT5000电路图；

图4是本实用新型循迹模块的LM324的电路图；

图5是本实用新型超声波避障模块的结构系统结构示意图；

图6是本实用新型驱动模块的L293D的电路图；

图7是模拟驾驶试验场地结构示意图；

图中：智能循迹车1、超车区2、变道区3、坡道4、红绿灯5、倒车库6、侧方停车库7、斑马线8、直角转弯区9、加速区10、准备区11。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，在本实用新型的包括单片机控制单元、电源模块、检测路面信息的循迹模块、执行操作的驱动模块、检测障碍物的避障模块和能够识别红绿灯的颜色识别模块。

所述电源模块、循迹模块、避障模块、颜色识别模块和驱动模块分别与单片机控制单元电刑相连。单片机控制单元的核心芯片为AT89C51单片机。

如图2所示，所述颜色识别模块包括TCS3200D颜色传感器。TCS3200D采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。

颜色识别模块是基于RGB三色原理来识别红绿灯的，当R的值在200～255之间，而G和B的值较小时，表明检测到的为红色，则可判断出为红灯；当R和B的值相对较小，而G的值大约在200-255之间时，表明检测到绿色，则可判断为绿灯。在调试时，要测试在绿灯和红灯状态，不同的RGB取值，以此来设置程序中的临界值，从而控制智能循迹车正确地动作。

因此，颜色识别模块可以接受红绿灯的信息，然后传送至单片机控制单元，使得驱动模块根据处理后的红绿灯信息来控制智能循迹车。

如图3和图4所示，所述循迹模块采用TCRT5000红外反射式对管作为检测元件；采用LM324作为比较器。所述TCRT5000红外反射式对管有两个，分别与相应电阻串联后再并联组成检测电路；检测电路的输出端与LM324的输入端相连。当检测到模拟路面的黑线时，由于黑色不反射光，TCRT5000输出高电平，通过比较芯片LM324后，输出低电平。在调试之前要调节可调电阻R13和R15，使得比较器的同向端的输入电压位于TCRT5000输出的电压最大值与最小值之间。这样，循迹模块就可以保证智能循迹车一直是行驶在指定的路线上。

如图5所示，所述超声波避障模块包括定时器、发射器、接收器和放大处理器，所述定时器的输入端和放大处理器的输出端分别与AT89C51单片机相连，所述定时器的输出端与发射器的输入端相连，所述接收器的输出端与放大处理器的输入端相连。避障模块采用超声波原理，其发射器发射超声波，然后不断接受物体反射的回波，计算发射与接受的时间差t。将时间差t结合公式计算小车与物体间的距离，然后将相应信息输出至单片机控制单元处理，驱动模块再根据车与障碍物之间的距离输出指令，使智能循迹车采取相应的反应。

如图6所示，所述驱动模块包括作为驱动芯片的L293D和两个直流电机。LM324的3脚上连接有可调电阻R13，LM324的5脚上连接有可调电阻R15。

所述L293D是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动的芯片。设计用于连接标准DTL或TTL逻辑电平，驱动电感负载(诸如继电线圈、DC和步进电机)和开关功率晶体管等等。L293D内部有两个H桥驱动电路，可以控制两个直流电机的正反转，这样就可以驱动智能循迹车的两后轮。L293D的驱动运行表如表1所示，通过使能端和两个输入端的高低电平来控制电机的正反转，后两轮电机的不同状态的组合，控制小车的运行状态。

表1

ENA(B)	IN1(IN3)	IN2(IN4)	电机运行情况
				H	H	L	正转
H	L	H	反转
				H	同IN2(IN4)	同IN1(IN3)	杀车
L	X	X	停止

如图7所示，本实用新型用于模拟智能循迹车自动驾驶试验。

智能循迹车在准备区11，开机进入初始状态，智能循迹车移动。对准备区11的第一个黑线计数为1，由于循迹模块的作用，小车一直保持在车道内行进。然后进入超车区2，超声波避障模块检测到前方有车，进行避障更换车道，驶过超车区2后，计数第二个黑线为2。小车继续在循迹模块的作用下行进，进入弯道区3，设置智能循迹车在检测到车道边缘黑线时，小车减速，后退一小段距离，智能循迹车的舵机转动一定角度，然后前进，保持这种模式一直走完弯道区3，计数第三个黑线为3。进入坡道4后小车加速上坡，检测到坡上黑线计数为4，直流电机停转，小车停在坡上5秒，然后重新起步，驶下坡道。颜色识别模块检测红绿灯5，若检测到红色，则停车等待；直到检测到绿灯，小车启动。根据试验提供的车道，用超声波避障模块检测哪一条道路可以通过，控制小车的方向，然后利用超声波测距模块计算小车与倒车库5和侧方停车库6各边缘的距离，进行倒车入库或侧方停车。然后同样的原理，智能循迹车驶出倒车库5或侧方停车库6。继续前进，循迹模块检测到斑马线8，然后系统控制小车停车等待5秒。进而，进入直角转弯区9，根据驾驶进入弯道区3同样的原理，小车在行驶出弯道区9后，计数弯道区9的黑线为5。然后AT89C51单片机调制PWM使小车加速，进入加速区10。最后在终点检测到最后一根黑线时，停车，完成模式驾驶试验。

本实用新型以AT89C51单片机作为控制芯片，根据模拟驾驶试验的路面反馈的信息对各模块进行控制。循迹模块利用红外对管对黑白线进行检测，返回高低信号到单片机控制单元，判断小车是否在规定路线内行驶，从而输出控制信号到驱动模块，控制小车舵机的转向和电机的速度。避障模块根据超声波检测前方是否有障碍物，返回距离信号到单片机控制单元，经过AT89C51单片机的比较判断，输出信号到驱动单元，决定小车下一步的行驶方向和速度。颜色识别模块是在有红绿灯的情况下，对当前红绿灯的颜色进行识别，返回颜色信号到单片机控制单元，经过AT89C51单片机内部程序的计算比较，决定小车等待或前进。整个系统是在多个模块相互协作，不断实时检测、控制的基础上，实现预设的功能，完成规定的自动驾驶模拟试验。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种智能循迹车的控制系统，包括单片机控制单元、电源模块、检测路面信息的循迹模块、执行操作的驱动模块和检测障碍物的避障模块，其特征在于：所述控制系统还包括能够识别红绿灯的颜色识别模块；

所述电源模块与单片机控制单元电性相连，并为所述控制系统提供电源；

所述循迹模块与单片机控制单元电性相连，并将检测到的路面信息传送至单片机控制单元；

所述避障模块与单片机控制单元电性相连，并将检测到的障碍物信息传送至单片机控制单元；

所述颜色识别模块与单片机控制单元电性相连，并将识别到的红绿灯信息传送至单片机控制单元；

所述驱动模块与单片机控制单元电性相连，所述单片机控制单元将接收到的路面信息、障碍物信息和红绿灯信息转化为相应的操作信号输出至驱动模块。

2.根据权利要求1所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述颜色识别模块包括TCS3200D颜色传感器。

3.根据权利要求2所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述单片机控制单元包括AT89C51单片机。

4.根据权利要求3所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述循迹模块包括作为检测的TCRT5000红外反射式对管和作为电压比较器的LM324。

5.根据权利要求4所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述避障模块为超声波避障模块，包括定时器、发射器、接收器和放大处理器，所述定时器的输入端和放大处理器的输出端分别与AT89C51单片机相连，所述定时器的输出端与发射器的输入端相连，所述接收器的输出端与放大处理器的输入端相连。

6.根据权利要求5所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述驱动模块包括作为驱动芯片的L293D和两个直流电机。

7.根据权利要求4～6任一项所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述TCRT5000红外反射式对管有两个，分别与相应电阻串联后再并联组成检测电路；所述检测电路的输出端与LM324的输入端相连。

8.根据权利要求7所述的智能循迹车的控制系统，其特征在于：所述LM324的3脚上连接有可调电阻R13，所述LM324的5脚上连接有可调电阻R15。