第四章 软件系统
该部分主要包括有两大部分，单片机上的控制软件系统和PC端的调试软件系统。以下分别对这两个软件系统进行描述。
4.1单片机控制系统
这部分主要包括了图像处理程序和控制器程序两大部分。就上述框图所示，图像处理程序用于得出用于控制的图像特征信息，控制器程序用于对电机和舵机的直接控制。
4.1.1图像处理程序
该部分的结构框图如下：
图4.1 图像处理方框图
1、动态阀值的提取
由于图像的灰度值会因为灯光场地的变化而改变，采用固定的二值化阀值适应性相对较差，最终选用了求取动态阀值的方法。
该程序使用了统计直方图的方法来获取动态阀值，而且由于图像的远近有所差距，离车远近行的阀值求取也有所递变。采取这种方法能比较好的适应不同的场地要求。
2、二值化图像
通过上面求取的阀值对采集到的图像进行0/1的二值化处理。
3、路径提取
在该部分主要作用是把图像的噪声去掉，把真实的路径的中点提取出来。（如图4.2）
图4.2 小车图像采集原图和中点图
由于在我们的实验室调试环境比较恶劣，所以在路径提取时采取的方法是递推式的图像搜索方法，来避开在图像中出现的黑色噪块。这种方法能够有效地把实际路线勾画出来。最后，程序会把得到的中点图像进行坐标的修正，使其恢复到实际俯视效果。这样使图像信息的获取变得容易。
4、路况识别与参数计算
该部分为图像特征的计算部分，通过最小二乘法的方法（由于篇幅所限，而且算法简单就不作介绍）对图像进行直线拟合。同时得出目前的小车所处路况状态：直线、弯道、蛇形等。该部分得出的信息将会作为模糊控制器的输入。
4.1.2 控制器设计
该模糊控制器为两输入、两输出的控制器，输入为图像处理得出的偏差和角度，输出为舵机和电机的设定值。
2、小车调试程序
控制器的设计主要是模糊控制器的设计和底层的速度PID控制器。
1、模糊控制器
图4.3 模糊控制器示意图
该模糊控制器为两输入、两输出的控制器，输入为图像处理得出的偏差和角度，输出为舵机和电机的设定值。
在S12单片机上采用模糊控制有其特有的优势，使用其内部的模糊指令使运算速度完全能够满足大部分控制的需求。而且，模糊控制属于逼近式的控制方法，比较能模拟人驾驶车的控制过程。其次，模糊控制器的设计比较简单，适合本科生的设计。
2、速度PID控制
PID控制在电机转速控制这个方面已经是比较成熟的技术，很多文献中都能找到相关的控制实例和经验，所以使用起来方便有效。通过对速度的闭环控制，可以有效地使小车的速度设定在最佳的速度上，而不受电池电压和转向时阻力矩增加带来的扰动。具体的参数调试方法和算法实现可以参考相关文献和著作，这里不作详细叙述。
4.2 PC 端调试程序设计
我们主要编写了一个基于Matlab平台的PID速度控制调试程序和一个通用的小车调试程序。通过这些程序能够比较方便的进行小车的调试。
1、PID速度控制调试程序
图4.4 PID调试工具图
2、小车调试程序
图4.5 小车调试程序图
