基于安卓的智能车转速系统的设计与实现

引 言

从全国大学生 飞思卡尔 智能车比赛开始，现在虽然飞思卡尔公司已被合并，但全国大学生智能车比赛依然进行的如火如荼 [1,2]。智能车不仅是在学生比赛中被广为学习，有轮式机器人之称的智能车在日常生产中也占据了重要地位，包括在生活中被期待和反复试验的无人驾驶技术以及在生产中被广泛运用的智能安全巡检技术等。

智能车的转速控制系统一直都是研究的重点与难点，精准可调控的转速控制系统可以为生产过程带来很大便利[3,4]。基于安卓的智能车转速控制系统采用安卓系统设计移动终端App，实现在线调控智能车转速与转速系统参数等功能，及对智能车的精准控制和在线调控功能。

1 智能车硬件设计

智能车选择龙邱科技的 32 位 K60 单片机作为控制芯片， 硬件包括电源模块、OV7725 数字摄像头、500 线编码器、直流电机、SD5舵机、RM04串口转WiFi模块、手机终端等。手机作为移动终端，通过App 发送控制信号给WiFi 转串口模块，模块将信号传送给单片机，单片机接收信号后执行转速系统控制命令。图 1 所示为智能车硬件结构框图。

智能车上安装的编码器检测到车速，单片机采集到的速度信息经串口转WiFi 模块将速度信息显示在移动终端上。可以从移动终端上实时得到摄像头获取的图像信息，在线修改转速控制系统 PID 参数，达到提高转速系统控制精度和在线调控的目的 [4]。 

系统采用红树伟业 7.2 V/2 000 mAh 电池，用稳压芯片设 计一个为摄像头提供 3.3 V 电压，为编码器提供 5 V 电压的电 源模块。摄像头采用 OV7725 数字摄像头，用于采集道路信息， 经图像处理来控制智能车的转向和转速。电源模块设计如图 2 所示。

如 图 2 所 示， 电 源 模 块 接 入 7.2 V 电 池电 压， 经AMS1117 稳压片输出 3.3 V 和 5 V 电压，为摄像头提供 3.3 V 电压，为舵机和编码器提供 5 V 电压。

2 智能车转速控制系统设计

2.1 转速控制系统设计

道路不同，智能车的速度也不同，摄像头采集道路图像信息，主控制器通过控制算法分析，控制电机运行速度。编码器将电机实际运行速度传回主控制器，实现电机闭环控制， 手机终端从主控制器获取智能车速及PID 参数信息，实现参数在线可调控。转速控制系统框图如图 3 所示。

2.2 PID控制算法分析

智能车的转速控制系统采用增量式PID 控制[6,7]，其控制原理图如图 4 所示。

目标值与实际值的差为误差，误差通过PID 控制器得到一个输出量，输出量与控制器中的 PID 参数构成线性组合关系。最终实际速度在以一个接近目标值的稳态值为中心的小范围内波动。

2.3 参数整定 在 PID 控制器中，三个参数分别有不同的作用，在调整 参数时，首先确定影响系统响应速度的比例系数 kp，然后调 整影响系统动态性能的微分系数 kd，最后在系统上增加影响 稳态误差的积分系数 ki。在调整微分系数 kd 和 ki 积分系数时， 需要微调比例系数kp。微调三个参数以实现最优控制效果[4,8,9]。

3 移动终端系统设计

移动终端系统输入给定速度，编码器采集实时速度传回移动终端，终端将采集到的速度保存到sdcard 中，通过时域参数运算得出时域动态指标，超调量、调节时间、稳态误差。移动终端实现示例如图 5 所示。

根据时域动态指标在线调节 PID 参数，以达到最优控制策略，画出智能车实时速度变化曲线图。

新建 WriteButtonListener 类写入给定速度、PID 参数， 新建类 ReadButtonListener 读取采集到的实时速度，新建类 onDraws 画出输出速度曲线图。

4 结 语

基于安卓的智能车转速系统在 PID 闭环控制基础上采用 手机终端远程控制智能车转速系统参数，实验结果表明，这 一系统设计提高了智能车转速控制的精准度，实现了参数在线 可调和数据采集优化，降低了调试人员的工作难度。如要获得 更加快捷有效的调试结果，可以先采用模糊或神经网络控制 算法整定 PID 参数，再进行在线调试。