光電管路徑識別算法資源：
1、紅外光電發射接收管
2、電壓比較器
3、HCS12的IO口
4、HCS12的ATD模塊
5、HCS12的ECT模塊
原理：
1、紅外發射管，將紅外線信號發射出去，當遇到遮擋物是，會反射回來。如果當部分為黑色時，則不會發射回來（黑色能吸收光線，紅外線在遇到黑色遮擋物時，被吸收）。接收管在接收到反射的紅外線時，其兩端的電阻發生變化，從而可以輸出不同的電壓值，最後根據這些電壓值來識別路徑。
2、電壓比較器能將連續量轉變成開關量，在大於設定的閾值時，輸出高電平，小於設定的閾值時，則輸出低電平。
3、ADC能將模擬量轉換成計算機可以識別的數字量，可是自己對這些數位訊號進行處理，對路徑信息進行識別。
方案：
1、離散型路徑識別算法。
將紅外接收管輸出的電壓信號通過電壓比較器進行電壓比較，輸出一個開關量，HCS12的IO讀取電壓比較器輸出的開關量。安裝若干個光電管排成一排，並且同時讀取信息，當與發射管連接的IO口輸入一個0值時，則判斷黑色軌道在該光電接收管下，通過一定的算法即可求出黑色軌道和小車的偏移角度。
優點：簡單易行。
缺點：
a.存在檢測盲區，即在接收管之間的區域。
b.道路信息為離散值，通過道路信息經過控制算法得到的控制信息為階躍的而非連續的控制量，這對小車的穩定影響。
2、連續型路徑識別算法。
將紅外接收管輸出的電壓信號經過AD轉換，等到數字量的的電壓信號。通過對這些數字亮的處理可以得到近似於連續的道路信息。
優點：路徑信息為連續，路徑信息更加精確。
缺點：
a.數據處理算法實現較為困難。
b.因為光電接收管本身參數的不同，在同樣條件下，輸出的電壓可能有所不同，這對數位訊號的處理帶來難度。
方案選擇：因為是初次接觸路徑識別算法，為了小車能穩定的行駛，於是選擇了較為容易實現的離散路徑識別算法。
說明：
1、光電接收管為16個，在離前輪Hmm的距離排成一排，同時檢測道路信息，每個光電管之間的距離為15mm。
2、16個光電管分別和HCS12的PORTB口和PORTE口連接。
3、檢測時間間隔為10MS。
車輪和接收管的車子垂直距離為500mm。
4、變量iRoutPlace存放路徑信息。
5、數組iPLace存放路徑位置。
6、數組iplaceAngle存放方向角度。
7、位置信息數據：
當某位紅外接收管檢測到黑線時，則通過比較器，該位輸出為0，未檢測到的則為1。
iPLace[28]={0x7fff,0x3fff,0xbfff,0x9fff,0xdfff,0xcfff,0xefff,
0xf7ff,0xf3ff,0xfbff,0xf9ff,0xfdff,0xfcff,0xfeff,
0xff7f,0xff3f,0xffbf,0xff9f,0xffdf,0xffcf,0xffef,
0xfff7,0xfff3,0xfffb,0xfff9,0xfffd,0xfffc,0xfffe}
8、位置與偏移角的關係。
通過C程序計算出來。程序如下：
#include
#include
void main()
{
int i;
long double h,n;
n=0.0;
h=500.0;
for(i=0;i<16;i++)
{
printf("%d--%lf--",i,atan((15.0*n)/h));
printf("%lfn",((atan((15.0*n)/h))*180.0)/3.14);
n++;
}
}
運行結果：
位置-弧度角--角度
0--0.000000--0.000000
1--0.029991--1.719230
2--0.059928--3.435372
3--0.089758--5.145373
4--0.119429--6.846244
5--0.148890--8.535093
6--0.178093--10.209149
7--0.206992--11.865795
8--0.235545--13.502579
9--0.263712--15.117239
10--0.291457--16.707714
11--0.318748--18.272153
12--0.345556--19.808919
13--0.371856--21.316590
14--0.397628--22.793961
15--0.422854--24.240034
通過上表可以近似為，每偏移一個位置，角度增加1°。
9、角度信息：
iplaceAngle[]={-13,-12,-11,-10,-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,5,5,6,7,8,9,10,11,12,13}
CODE:
#include
#include
#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12xs128"
//===========================================================//
//光電管離散路徑識別算法
//PORTB和PORTE接電壓比較器的輸出端
//16位模數遞減計數器進行計數
//author: Yangtze
//time:2009/4/19/15:15:45
//===========================================================//
#define iSampling 10//路徑採樣時間設置
int iRoutPlace; //路徑位置臨時變量
int Angle; //角度
int iPLace[28]={0x7fff,0x3fff,0xbfff,0x9fff,0xdfff,0xcfff,0xefff, //路徑位置數組
0xf7ff,0xf3ff,0xfbff,0xf9ff,0xfdff,0xfcff,0xfeff,
0xff7f,0xff3f,0xffbf,0xff9f,0xffdf,0xffcf,0xffef,
0xfff7,0xfff3,0xfffb,0xfff9,0xfffd,0xfffc,0xfffe};
int iplaceAngle[]={-13,-12,-11,-10,-9,-8,//軌道偏移角度
-7,-6,-5,-4,-3,-2,
-1,0,1,2,3,5,5,6,
7,8,9,10,11,12,13};
void Init_MDC(void)
{
MCCTL=0xDF;//設定模數計數器工作方式，中斷使能，計數器使能
//分頻係數為16
MCCNT=1000;//定時器賦初值 (1/16M)*16*1000= 1ms
}
void pllclk(void) //16MHz
{
SYNR=0x01;//PLLCLK =2*OSCCLK*(SYNR + 1)/(REFDV + 1)
REFDV=0x01;
CLKSEL=0x80;//選定PLL時鐘
}
void IO_Init()//PORTB和PORTE設置為輸入口
{
DDRB=0X00;
DDRE=0X00;
}
void main(void)
{
pllclk();
Init_PT0_ICapture();
IO_Init();
EnableInterrupts;
for(;;) {}
}
#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED
void interrupt 26 MDC_ISR(void)
{
static unsigned int count=0;
count++;
if(count==iSampling)//100MS讀取一次
{
iRoutPlace=PORTB; //將IO口讀取到的信息存入變量iRoutPlace中，B口在高8為，E口在底8位
iRoutPlace=iRoutPlace<<8;
iRoutPlace|=PORTE;
for(i=0;i<28;i++)//通過循環比較，取得黑色軌道與中軸的偏移角度
{
if(iPLace==iRoutPlace)
{
Angle=iplaceAngle;
}
}
}
MCFLG = 0x80;//清中斷標誌位
}
後記：
該程序僅僅為黑色軌道的路徑識別程序，通過紅外接收管檢測黑色路徑，然後，輸出位置偏移的角度，並沒有控制程序。不過如果得到了偏移角度，控制程序就很好處理了。直接將角度和相應的PWM佔空比進行比較，輸出對應角度的佔空比，以控制舵機。
如果加上舵機控制程序，就能形成了以個開環的自控控制系統，控制算法為模糊控制算法。很多人都說模糊控制算法很難理解，很不好用，可是從這個程序上看來，模糊控制算法還是挺簡單的.只要根據自己的經驗來設計一些控制量的表格，通過檢測到路徑信息然後和控制量的表格進行對比，輸出對應的控制量。這就是模糊控制算法的思路。當然這也僅僅只是模糊控制算法的一點思路，有很多不足。
以上程序僅僅只是一個前期的使用版本，還有很多缺陷有待改進。缺陷如下：
1、沒有發射管的驅動程序，默認為發射管一直在發射。這樣的結果紅外接收管在檢測信息的時候，會受到很大的幹擾，而且功耗很大，對整個系統的電流供應和功率輸出有很大影響。
改進方法：在用從一定方向逐個啟動的方式進行檢測。假如有4對紅外發射接收管ABCD。先將D管的發射管開啟，ABC發射管均關閉，讀取D接收管的信息。然後在開去C發射管，關閉ABD發射管，讀取C接收管的信息。依次讀取每一個接收管的信息。以ns級的速度讀取，可以近似的認為接收管是同時讀取信息的。
2、沒有進行濾波處理。在讀取道路信息的時候，可能會受到多方面的幹擾，為了取得更加接近真實值的信息，有必要進行濾波處理，將幹擾噪聲剔除。
改進方法：在用多次讀取，取平均值的方法可以在一定程度上減小噪聲幹擾。
3、位置處理和角度輸出的時候沒有按照經驗進行適當的處理，比如說，在偏移角度很小的時候，可以近似的認為是在直線上行駛，直接輸出0°角，讓小車能快速的行駛。
4、上述程序中的採樣周期是隨意設定的，沒有科學依據，在設定採樣周期的時候，一定要通過計算出最優的周期，這樣才能保證小車行駛的穩定性和前瞻性。
暫時找到這麼多缺陷，更多的缺陷以及改進還得在實際運用中去發現，去尋求解決的方法。
完成這個程序，讓我也學到了很多。現總結如下：
1、重視原始碼的保存。C語言具有很強的移植性，在不同的平臺上尚且能進行移植，在同一個平臺上就更容易移植了。我上邊寫的這寫程序，其實很大部分都是之前ECT_SPEED程序裡邊寫過，而我這次在編寫程序的時候，根本不用重新編寫，直接調用ECT_SPEED裡邊的程序就可以完成任務。
我這個程序調用ECT_SPEED文件裡的函數有：Init_MDC()， pllclk()，如果在大型的軟體開發項目中，這樣將會大大縮短程序的開發周期，降低程序的開發成本。
2、重視程序說明文檔的編寫。這幾天的編程練習中，在編程之前，認真思考，將整個程序的算法，流程都考慮清楚之後，然後將其通過說明文檔的形式寫出來。這樣的好處是，使我在程序的編寫的過程中，能一氣呵成，不再像以前那樣，一個稍微大一點的程序編寫下來，還沒編寫完畢，就已經原來的思路忘記了。他的另一個好處就是方便以後閱讀程序。
3、編寫程序的時候，一定要多想，而且從不同的角度去尋找解決問題的方法。在編寫這個程序之前，在我的意識當中，是知道用一排紅外檢測管是可以檢測出黑色軌道的，可是在處理軌道位置的時候，一直都不知道怎麼處理，怎麼才能讓單片機知道黑線在那個地方。想了好久，才從角度的這個方向去理解，最終找到了位置處理的方法。
4、一定要重視循環，儘可能多的使用循環。在上述程序的對比中，我第一感覺是用switch語句進行比較，當輸入和whitch中的某一個case吻合時，執行相應的語句。可是在這樣的情況下，得寫28個case語句，並寫與之對應輸出語句。這樣會大大增加程序的體積，這在單片機內存空間很少的情況下，造成的錯誤是致命的。
為了節省存儲空間，就開始尋求其他方法來解決這個問題。這樣我想到了冒泡程序中逐次對比的方法。我這個程序的問題也可以用多次個循環來實現次比較啊，如果比較結果為真，則執行相應的語句。
於是就得到了這個比較程序：
for(i=0;i<28;i++)//通過循環比較，取得黑色軌道與中軸的偏移角度
{
if(iPLace==iRoutPlace)
{
Angle=iplaceAngle;
}
}