1 前言
智能车是具有自主性，适应性和交互性等于一体的综合系统，它融合了多门学科的最新研究成果，对智能车的研究不仅具有理论意义而且具有实际价值[1]。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。智能小车可以通过计算机编程来实现其对行驶方向，启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知，规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统[2]，它集中地运用了计算机，传感，信息，通信，导航，人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体[3]。
目前，在企业生产技术不断提高，对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输，柔性生产组织等系统的关键设备[4]。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知，规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别，自动报警，自动制动，自动保持安全距离，车速和巡航控制等功能[5]。本文设计的种智能车循迹系统是智能图像识别技术与单片微处理技术的相结合的综合运用,实现了赛道识别，自动循迹的功能,使智能车平稳快速地在赛道上行驶[6]。该模型车为未来的无人驾驶汽车的发展提供了一种新的思路，有一定的参考意义。
2 正文
智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进[7]。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理，增强，分析，识别等工作。2)摄像机，用来获得道路图像信息。3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方，侧方，后方障碍物等信息[8]。
智能小车由三大部分组成:CPU，传感器检测部分，执行部分。要实现自动循迹功能，还可以加入壁障等功能，检测到导引线和阻碍物体[9]。小车能自动识别路线，并自动按照所需的路线行驶，避开前方阻碍的物体。基于上述要求，传感检测部分考虑到四车一般不需要感知清晰的图像，只要求大概感知图像即可，所以可以不要昂贵的CCD传感器而选择使用价廉物美的红外反射式传感器来使用[10]。由直流电机来充当智能小车的执行部分，主要控制小车左右两轮的行驶速度来控制小车的方向[11]。
控制系统[12]是基于智能循迹小车(AVG auto-guide vehicle)系统，能实现自动识别路线的智能小车，能智能判断并且成功避开物体，选择正确的行驶路线。使用红外系统检测，采集路线和障碍并作出判断和执行相应的动作[13]。
本设计是一种基于单片机控制的简易智能寻迹小车系统，对智能车自主行驶的决策以及算法也进行了相应的研究。基于单片机自动控制系统，制作相应的硬件，编写正确的程序，以小车实现按照预先设定的轨迹，能够自动实现循迹的功能[14]。辅助模块包括电源模块，驱动模块，图像采集模块以及为了调试方便而采用的辅助调试模块。软件设计方面重点介绍了寻迹小车如何解决轨道检测和线路跟随问题。单片机将CMOS摄像头[15]对路面黑色轨迹进行检测的信号，通过一定的算法分析，通过调整PWM占空比控制小车左右两轮的速度以实现转向，从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶，到达自动寻迹的目的[16]。
2.1国内研究现状
国内智能车辆研究由于起步晚，以及经济条件的制约，在智能车辆研究领域与发达国家有一定的差距，目前开展这方面研究工作的单位主要包括一些大学和科研机构，具有代表性的系统有:7B.8智能车辆系统。该系统是由南京理工大学，北京理工大学，浙江大学，国防科技大学，清华大学等多所院校联合研制，属于军用室外智能车辆，于1995年底通过验收[22]。车体是由国产跃进客货车改制而成，车上安装了摄像机，激光雷达，陀螺惯导定位，超声波等传感器。计算机系统采用2台SunlO完成信息融合，黑板调度，全局，局部路径规划，2台PC机完成路边抽取识别和激光信息处理。单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。清华大学THMR系列智能车辆系统。该系统是由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点试验室在国防科工委和国家863计划的资助下研制的。THMR-III的车体选用BJI022面包车改装而成。该车上集成了二维彩色摄像机，磁罗盘光码盘定位，GPS，超声等传感器。计算机系统采用Sun Sgark 101台，PC-486 2台和8098单片机数台[23]。Sun完成任务规划，根据地图数据库信息进行全局规划，1台PC机完成视觉信息处理，另1台PC完成局部规划，反射控制及系统监控，数台8098完成超声测量，位置测量，车体方向速度的控制。控制系统采用多层次“感知一动作”行为控制及基于模糊控制的局部路径规划及导航控制。目前THMR系列已发展到THMR-V。
吉林大学JLUIV系列智能车辆系统。该系统是由吉林大学智能车辆课题组在国家自然科学基金，教育部博士基金等资助下研制的。JUTIV-II型智能车的车载传感器系统有CCD摄像机，三维激光测距仪，GPS定位系统，远，近距离避障传感器，制动拉压力传感器，光电编码器等。计算机系统采用1台Pentium-II工业控制计算机，完成车辆的传感信息获取，周围环境感知，图像处理，导航路径识别及决策控制。目前JLUIV系列已发展到JUTIVIII[24]。
我国的智能车发展也主要运用在军事用途，高速公路和城市交通三个领域。“八五”，“九五”期间由国内六所重点大学联合研制成功了我国第一辆智能车ALVLAB1和第二代智能车ALVLAB2。目前，我国正在组织研究第三代的陆地自主车ALVLAB3。THMR-V(TsingHua Mobile Robot V)清华V型智能车是一个比较成功的范例。它由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院王张钹主持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能[25]。除了清华大学，越来越多的研究机构，学者也加入到这一新兴学科中来。比如上海交通大学设计的自动驾驶汽车，能根据道路弯曲程度的变化，实时计算出车辆的转向盘角度输入，控制车辆按预设道路行驶。
飞思卡尔杯[26]全国大学生智能汽车竞赛就是在这样的背景下应运而生的。比赛由国家教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办。由组委会提供统的车模和单片机，要求各参赛队在不改变车模的底盘结构的前提下，通过选择适当的检测方案和控制算法，使车模能够在专门设计的跑道上自主地识别路线行驶，单圈行驶时间最短的赛车获胜[27]。这样，通过提供一个相同的比赛平台，各参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型和控制方案，从检测和控制的角度来解决这个问题。
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