第一篇：智能小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)感想與總結(jié)
最初接觸智能小車是在大一的課程導(dǎo)論課上，記得當(dāng)時(shí)孫老師來到我們教室給我們放了一段智能小車實(shí)驗(yàn)室參加比賽的視頻，那時(shí)起，我就對(duì)智能小車?yán)p上了濃厚的興趣。一直忙于專業(yè)課的學(xué)習(xí)，終于，大二選課創(chuàng)新課程的時(shí)候，智能小車和我，有了再一次的碰面。
在這次的智能小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，我和小組成員們從零開始，從組裝小車到一部分一部分檢查更換零件，再到給小車上電編程序，我更加認(rèn)識(shí)到了動(dòng)手能力和理論知識(shí)相結(jié)合的重要性。由于自身理論知識(shí)的欠缺和動(dòng)手能力的不足，我們?cè)谡{(diào)試小車的過程中頻頻受阻，走了好多彎路，也讓我在一步步戰(zhàn)勝困難的同時(shí)更加喜愛我們的小車。
經(jīng)過多次的修改和調(diào)試，更換芯片，更換調(diào)試電腦，更換接線，我們的小車終于能動(dòng)了。在按下電源看到小車跑起來的那刻，那種欣喜和激動(dòng)真的是旁觀者不能理解不能體會(huì)的。在七月中旬，盛夏酷暑打不倒我們調(diào)試的熱情，每天晚上準(zhǔn)時(shí)來到實(shí)驗(yàn)室，一步步向前進(jìn)。前進(jìn)的過程是困難又緩慢的，可每一個(gè)小小的進(jìn)步和改變都能給我們帶來巨大的驚喜。
在同學(xué)和網(wǎng)上已有教程的幫助下，我們獲得的不僅是知識(shí)成果，更重要的是學(xué)習(xí)方法和解決問題的能力，我知道，這將是我一生的財(cái)富。
通過這次創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)，也初步對(duì)單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)生了一定認(rèn)識(shí)，這為我接下來的課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生了極大地幫助，為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，也對(duì)獨(dú)自開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)生了一定興趣。感謝學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，感謝老師和同學(xué)們的熱情幫助悉心教導(dǎo)。
第二篇：智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告
機(jī)器人控制技術(shù)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告書
題
目：基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì) 姓
名：李如發(fā) 學(xué)
號(hào)：073321032 專
業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師：李東京 設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年 6 月
目
錄
1.引 言..............................................1 1.1.設(shè)計(jì)意義......................................1 1.2.系統(tǒng)功能要求..................................1 1.3.本組成員所做的工作............................1 2.方案設(shè)計(jì)...........................................1 3.硬件設(shè)計(jì)...........................................2 4.軟件設(shè)計(jì)...........................................7 5.系統(tǒng)調(diào)試...........................................7 6.設(shè)計(jì)總結(jié)...........................................8 7.附 錄A；源程序.....................................8 8.附 錄B；作品實(shí)物圖片...............................10 9.參考文獻(xiàn)..........................................11
16×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)
單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)
基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì)
1.引 言
1.1.設(shè)計(jì)意義
本智能小車的設(shè)計(jì)，首先針對(duì)大學(xué)所有學(xué)習(xí)的知識(shí)是一個(gè)很好的回顧和總結(jié)。此智能小車是基于單片機(jī)所設(shè)計(jì)的，具有自動(dòng)尋跡能力，在實(shí)際的很多方面有應(yīng)用。當(dāng)我們進(jìn)一步的改進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更重要的功能，如可設(shè)計(jì)出自動(dòng)撲火機(jī)器人等。1.2.系統(tǒng)功能要求
此智能小車是基于STC89C52設(shè)計(jì)的具有自動(dòng)尋跡能力的小車。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)跟隨黑色引導(dǎo)線行走的能力，在行駛過程中，并能用測(cè)速傳感器和光電碼盤對(duì)小車速度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。小車在行駛過程中并能實(shí)現(xiàn)播放美妙的音樂。1.3.本組成員所做的工作
本組成員有李如發(fā)，汪航，黃建安，韓文龍，羅瑩，明菲菲，鄒珊，江銳，邵進(jìn)。
李如發(fā)：驅(qū)動(dòng) 073321032 汪航： 電源 073522036 黃建安：最小統(tǒng) 073521013 韓文龍：源程序 073522007 羅瑩： 傳感器 073522038 明飛菲：調(diào)試 073522012 鄒芬 ： 數(shù)碼顯示 073521025 邵琎 ： 焊接 073522017 江銳 ： 蜂鳴器 073522032
2.方案設(shè)計(jì)
智能小車主要分為傳感器部分，最小系統(tǒng)部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，電源部分。根據(jù)功能要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案，畫出方案方框圖，并對(duì)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行闡述。
原理，本系統(tǒng)的重要部分是傳感器，它對(duì)整個(gè)小車的定位起到很重要的作用，由傳感器檢測(cè)黑線的位置，其中黑線對(duì)光能吸收，白線對(duì)光反射。利用此原
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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)
理將紅外線傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)實(shí)時(shí)的控制小車的方向。控制小車的方向主要是運(yùn)用pwm原理來控制電機(jī)的平均電壓，從而來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小車對(duì)黑線的實(shí)時(shí)跟蹤。
3.硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)各模塊電路圖及原理描述 傳感器模塊
方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。
但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。
方案2：用RPR220型光電對(duì)管。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。
方案3：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。我們選擇了此方案。
傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，這部分主要運(yùn)用紅外線傳感器采集信號(hào)送給單片機(jī)處理。由于黑色車道對(duì)紅外線傳感器發(fā)出的光有吸收能力，白色地方對(duì)發(fā)出的光反射，從而當(dāng)傳感器在不同的地方產(chǎn)生不同的信號(hào)，傳送個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)采集的信號(hào)做出實(shí)時(shí)的處理。
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最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，我們采用的是AT89C52芯片。
80C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上[2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
驅(qū)動(dòng)模塊
方案1：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流
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電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。
方案2：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。
因此我們選用了方案1。
由于最小系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的電壓幅值不一樣，而且電機(jī)是感性負(fù)載，在制動(dòng)時(shí)可能反饋電流，因此要在最小系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)模塊之間采用光電隔離，所以用到了光電隔離芯片,TPL521-4
由于光耦芯片的引腳不夠所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器圖如下
L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。它的驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)46V，直流電流總和可達(dá)4A。其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的PWM功率放大回路。由L298構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式。12個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，其輸出腳(1和15)用來連接電流檢測(cè)電阻。第9腳接邏輯控制部分的電源，常用+5V，第4腳為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，本系統(tǒng)中為40V，第5，7，10，12腳輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，用來控制H橋的開和關(guān)，16×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)
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第6，II腳則為使能控制端。當(dāng)Vs=40V時(shí)，最高輸出電壓可達(dá)35V，連續(xù)電流可達(dá)2A。
L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速由單片機(jī)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)。
L298驅(qū)動(dòng)電路圖
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PWM調(diào)速器的硬件組成
在整個(gè)PWM調(diào)速器中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。片內(nèi)具有8K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲(chǔ)器，128x8位內(nèi)部RAM，AT89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。
電源模塊
電源中我們采用LM7805穩(wěn)壓芯片將12v直流電源穩(wěn)壓成5v直流源。方案1： 采用10節(jié)1.5V干電池供電，電壓達(dá)到15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。
方案2：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池串聯(lián)共12.6V給直流電機(jī)供電，經(jīng)過7812的電壓變換后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價(jià)格過于昂貴，使用鋰電池會(huì)大大超出我們的預(yù)算，因此，我們放棄了這種方案。
方案3：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低。因此我們選擇了此方案。下:
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4.軟件設(shè)計(jì)
程序流程圖
5.系統(tǒng)調(diào)試
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是首先完成每一小部分的設(shè)計(jì)，因此我們?cè)跊]完成一個(gè)模塊時(shí)就回檢測(cè)調(diào)試該模塊。在初次調(diào)試時(shí)我們采用的電源是又單片機(jī)開發(fā)板所帶的的電源來調(diào)試的。調(diào)試過程中我們就發(fā)現(xiàn)了很重要的問題，由于對(duì)本設(shè)計(jì)的很多模塊的沒有共同的接地使得很多模塊無法工作，我們的解決辦法是12v的直流源穩(wěn)壓來供給所以的模塊，然后將所以的模塊連接共同的地。在驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)光耦芯片給定信號(hào)時(shí)對(duì)lm298的輸出沒有反應(yīng)。我們?cè)跈z驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)是由于在光耦芯片后部焊接沒有焊好，出現(xiàn)了虛焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分
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塊調(diào)試傳感器時(shí)，我們將傳感器導(dǎo)通，用黑色物體將傳感器發(fā)射部分蓋住檢測(cè)輸出，在將黑色物體移開，再檢測(cè)輸出。
6.設(shè)計(jì)總結(jié)
本文是關(guān)于基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)，在共同的努力下，各部分的設(shè)計(jì)均成功，在調(diào)試過程中都無誤。本次設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓，電源正常輸出供電，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)，蜂鳴器播放美妙的音樂，小車實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)彎功能。由于本次設(shè)計(jì)中尚存在些缺陷和對(duì)尋跡程序編寫困難，實(shí)現(xiàn)的功能不是很完美，但要求的所有功能基本實(shí)現(xiàn)。
本次設(shè)計(jì)中，從中的體會(huì)很多
1、本次的設(shè)計(jì)可以說設(shè)計(jì)到大學(xué)所學(xué)到的所有專業(yè)知識(shí)，是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)整體的回顧。
2、在設(shè)計(jì)中，不能一氣呵成，因?yàn)樗械碾娐穲D都是自己設(shè)計(jì)的，圖中尚存在不足，所以要反復(fù)的琢磨和修改。
3、設(shè)計(jì)中要注意對(duì)每焊完一部分，都要獨(dú)立的進(jìn)行檢查調(diào)試，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)的修改
4、本次最重要的收獲是從中我們看到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，任何事都不是一個(gè)人所能完成的，需要大家的共同努力才能獲得最后的成功。
7.附 錄A；源程序
源程序代碼（主要語句要有注釋）。循跡的程序 #include
sbit R=P2^0;//右邊傳感器 sbit L=P2^1;//左邊傳感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右邊電機(jī) sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左邊電機(jī) void main(){
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RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
delay(5);
while(1)
{
if((L==1)&&(R==1))//小車前進(jìn) {
RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
delay(5);
}
else if((L==1)&&(R==0))//小車右偏
{
RM1=1;
RM2=0;
LM1=0;
LM2=1;
//左邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了左轉(zhuǎn)
delay(10);
}
else if((L==0)&&(R==1))//小車左偏
{
RM1=0;
RM2=1;
LM1=1;
LM2=0;
//右邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了右轉(zhuǎn)
delay(10);}
else if((L==0)&&(R==0))//小車停車
{
RM1=0;
RM2=1;
LM1=0;
LM2=1;delay(5);
}
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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)
else
//左右兩個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，直線前進(jìn)
{
RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
}
}
delay(10);
}
void delay(uint z)
{
uint a,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}
8.附 錄B；作品實(shí)物圖片
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9.參考文獻(xiàn)
[1] Mark Nelson著.瀟湘工作室譯.串行通信開發(fā)指南[M].中國水利水電出版社，2002.[2] 王宜懷.單片機(jī)原理及其嵌入式應(yīng)用教程[M].北京希望電子出版社，2002.[3] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2009 [4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.高等教育出版社.2006
第三篇：智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告
智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告
魏旭峰、孔凡明、陳夢(mèng)洋
(河北科技大學(xué) 電氣信息學(xué)院)摘要:
AT89S52單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用89S52單片機(jī)為控制核心，利用紅外線傳感器檢測(cè)道路上的黑線，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)尋路，快慢速行駛。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。
采用的技術(shù)主要有：
通過編程來控制小車的速度及方向； 傳感器的有效應(yīng)用； 1602液晶顯示的應(yīng)用;
關(guān)鍵詞: 89S52單片機(jī)、光電檢測(cè)器、PWM調(diào)速、電動(dòng)小車
第一章 方案設(shè)計(jì)與論證
一 供電系統(tǒng)
二 光電檢測(cè)系統(tǒng)
三 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
四 液晶顯示1602的應(yīng)用
五 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
第二章 軟件設(shè)計(jì)
第二章 方案設(shè)計(jì)與論證
根據(jù)要求,小車應(yīng)在規(guī)定的賽道上行駛,賽道中央黑線寬為25MM,確定如下方案: 在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的位置的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的轉(zhuǎn)向和速度的智能控制.這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。
一 供電系統(tǒng)
本模塊使用LM2940芯片輸出+5V的電壓,為89S52單片機(jī)光電檢測(cè)電路供電,采用LM1117可控變壓芯片輸出+6V電壓為舵機(jī)供電.而電機(jī)則由單片機(jī)來控制,當(dāng)單片機(jī)輸出的電壓不同時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同,以此來達(dá)到控制小車速度的目的.電路如圖:
二 光電檢測(cè)系統(tǒng)
本模塊采用七對(duì)紅外線發(fā)射和接收對(duì)管,來檢測(cè)小車前方黑線位置和模擬車站停車位置.發(fā)射管發(fā)射管出紅外線,當(dāng)對(duì)管正下方為白色跑道時(shí),發(fā)射管發(fā)射出去的紅外線會(huì)被反射回來, 接收因接收到紅外線而導(dǎo)通,兩端電壓為零,當(dāng)對(duì)管正下方為黑色線時(shí),黑線將吸收紅外線,接收管因接收不到紅外線而無法導(dǎo)通,兩端電壓為+4V左右,將接收管端電壓與一個(gè)給定電壓經(jīng)LM324比較后輸出0和+5V兩固定個(gè)值,當(dāng)對(duì)管正下方為白色時(shí)輸出+5V電壓,當(dāng)對(duì)管正下方為黑線時(shí)輸出0V,輸出的電壓交給單片機(jī),以此來確定黑線的位置.電路如圖:
三 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
89S52單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心所在,自動(dòng)尋跡和調(diào)速都是它控制, 七對(duì)光電對(duì)管經(jīng)比較器輸出的電壓輸入單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)電壓的高低來判斷黑線位置，進(jìn)而調(diào)整速度和方向，電路如下：
四 舵機(jī)的應(yīng)用
舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。
其工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)放的控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。
五 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)單片機(jī)的控制型號(hào)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的，電路如下：
第二章 軟件設(shè)計(jì) #include
#define uchar unsigned char//宏定義 uchar duoj,dianj,time0=0,time1=0,L=0,e=30;void timer0()interrupt 1 //定時(shí)器零 控制舵機(jī) { time0++;
if(time0==duoj)moto=0;if(time0==80){ time0=0;
moto=1;} TH0=(65536-313)/256;TL0=(65536-313)%256;} void timer1()interrupt 3 ///定時(shí)器一 控制電機(jī) { time1++;if(time1==dianj)in1=1;if(time1==80){
time1=0;
in1=0;} TH1=(65536-340)/256;TL1=(65536-340)%256;}
void main()/////主函數(shù)開始 { TMOD=0x11;TH0=(65536-313)/256;TL0=(65536-313)%256;TH1=(65536-340)/256;TL1=(65536-340)%256;EA=1;ET0=1;
ET1=1;in1=0;moto=1;TR0=1;TR1=1;while(1)//////檢測(cè)黑線位置
{
while(1)
{
if(P1==0xff){duoj=8;dianj=55;break;} 全白時(shí)緩進(jìn)
if(L1==0){duoj=10;dianj=37;L=1;break;} //L1
if(L7==0){duoj=6;dianj=37;L=7;break;} //L7
if(L2==0){duoj=10;dianj=22;L=2;break;} //L2
if(L6==0){duoj=6;dianj=22;L=6;break;} //L6
//
if(L3==0){duoj=9;dianj=27;L=3;break;} //L3
if(L5==0){duoj=7;dianj=27;L=5;break;}
//L5
if(L4==0){duoj=8;dianj=70;L=4;break;}
//l4
//else {duoj=8;dianj=17;break;}
}
while(P1==0xff)當(dāng)檢測(cè)不到信號(hào)時(shí)保持最后的狀態(tài)
{
switch(L)
{
case 1:duoj=10;dianj=39;break;
case 2:duoj=10;dianj=22;break;
// case 3:duoj=9;dianj=25;break;
// case 4:duoj=8;dianj=70;break;
// case 5:duoj=7;dianj=25;break;
case 6:duoj=6;dianj=22;break;
case 7:duoj=6;dianj=39;break;
}
} } }////////主函數(shù)結(jié)束
第四篇：智能小車總結(jié)
第二屆“飛思卡爾杯”智能小車
技術(shù)總結(jié)報(bào)告
隊(duì)名：BIT 電氣二隊(duì)
隊(duì)員：葉林瓚
李文楠
學(xué)院：信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院
專業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化
宣言：做到最好
2008-9-3
第二屆“飛思卡爾杯”智能小車..................................................1 技術(shù)總結(jié)報(bào)告..............................................................................1 摘要..............................................................................................3 第一章：智能小車總體概況.....................................................3 1.1 概況.................................................................................3 2.總體結(jié)構(gòu)如圖....................................................................3 3.作品 智能小車如圖...........................................................4 第二章 智能小車硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)...............................................5 2.1 控制核心DSP電路........................................................5 2.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.........................................................6 2.3 智能小車路徑檢測(cè).........................................................8 第三章 智能小車軟件設(shè)計(jì).....................................................11 3.1算法描述........................................................................11 3.2主程序流程圖................................................................12 3.3 程序清單.......................................................................14 四：總結(jié)與體會(huì).......................................................................19 五：參考書目...........................................................................19
摘要
本智能小車采用飛思卡爾公司的56F8013VF DSP芯片作為控制核心，通過紅外發(fā)射管和接收管識(shí)別路徑，利用PWM技術(shù)控制直流電機(jī)的前進(jìn)速度和方向，硬件電路基于提供的DSP開發(fā)板可靠完善，軟件采用C語言編程簡(jiǎn)單明確，經(jīng)反復(fù)調(diào)試安裝，形成一完整作品，可滿足大賽要求。
關(guān)鍵詞：DSP 智能小車 路徑識(shí)別 PWM控制技術(shù)
第一章：智能小車總體概況 1.1 概況
智能小車采用56F8013VF DSP開發(fā)板和一塊通用板為基礎(chǔ)，經(jīng)焊接相關(guān)控制芯片而成，通過I/O口檢測(cè)信號(hào)，輸出PWM信號(hào)控制直流電機(jī) 前進(jìn) 停止 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn)。檢測(cè)信號(hào)則為三組紅外發(fā)射和接收管，黑線時(shí)輸出高電平，白線時(shí)輸出低電平。
2.總體結(jié)構(gòu)如圖
3.作品 智能小車如圖
第二章 智能小車硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 控制核心DSP電路 如圖
輸出主要包括： 1.6通道PWM模塊 2.串行通行接口（SPI）3.16位定時(shí)器 4.6通道12位ADC 5.26個(gè)GPIO 智能小車主要利用 PWM模塊，定時(shí)器，GPIO口。
2.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
直流電機(jī)采用H橋控制方案 如圖
通過采用L293D芯片可以達(dá)到目的，整體控制方案如圖
電機(jī)有兩個(gè)分別作為左右輪的驅(qū)動(dòng)，而通過兩路PWM輸出即可控制一個(gè)電機(jī)，故共需4路PWM輸出。
L293D芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖
真值表如下
當(dāng)允許信號(hào) ENABLE 為高時(shí) 輸出才隨輸入變化，否則為高阻態(tài)，所以焊接時(shí)，ENABLE及VS均接VCC。具體控制過程為：
1.通過編程由控制芯片8013經(jīng)PWM發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，PWM輸出作為L(zhǎng)293D的輸入，經(jīng)L293轉(zhuǎn)換輸出控制信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車前進(jìn)后退。2.PWM輸出信號(hào)的高低則可以控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，當(dāng)占空比大時(shí)，轉(zhuǎn)速高，占空比小時(shí)，轉(zhuǎn)速低，所以當(dāng)PWM輸出占空比為0時(shí)可控制電機(jī)停止。
3.當(dāng)左輪停止，右輪轉(zhuǎn)時(shí)，小車右轉(zhuǎn)。當(dāng)右輪停止，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小車左轉(zhuǎn)。而兩路PWM輸出的正負(fù)順序轉(zhuǎn)換則可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的前進(jìn)和后退。2.3 智能小車路徑檢測(cè) 1.路徑檢測(cè)原理
路徑檢測(cè)采用紅外光電傳感器，包括白色的發(fā)射管和黑色的接收管。如圖
根據(jù)不同顏色對(duì)紅外光的反射率不同，白色很高，黑色很低。所以當(dāng)發(fā)射管發(fā)出紅外光線經(jīng)白色線時(shí)，覺大部分都被黑色管接收，處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出低電平，而紅外光經(jīng)黑色線時(shí)，接收不足，黑色管無法導(dǎo)通，輸出高電平。輸出的高低電平經(jīng)GPIO口接入8013DSP中，通過一定的算法即可判斷，從而輸出控制信號(hào)，控制小車的路徑。2.紅外傳感器電路如圖
a.紅外發(fā)射管為二級(jí)管，接收為三極管，當(dāng)接收三級(jí)管導(dǎo)通時(shí)集電極輸出低電平，斷開時(shí)集電極輸出高電平。b.如圖所示，接收管集電極輸出接入比較器339正極，比較器負(fù)極則為滑動(dòng)變阻器的輸出，當(dāng)正極高于負(fù)極時(shí)，比較器輸出5V高電平，否則為0V低電平
c.比較器輸出則接入8013DSP的GPIO口，通過讀GPIO口的狀態(tài)即可判斷是黑線或白線
d.光電傳感器都接限流電阻，比較器輸出接上拉電阻。3.檢測(cè)算法規(guī)劃
根據(jù)比賽要求采用三組紅外光電傳感器即可，排列如圖
a.小車前兩組用于辨識(shí)黑色線，使小車能沿著黑色線前進(jìn)，且兩組寬度要恰好，太窄則同時(shí)感應(yīng)到黑線或白區(qū)域，算法不好控制小車能沿著黑色線行走，即易偏離軌跡。太寬則令小車容易成大S型行走,影響前進(jìn)速度。
當(dāng)左組光電傳感器檢測(cè)到黑色線時(shí)，小車右轉(zhuǎn)，當(dāng)右組光電傳感器檢測(cè)到黑色線時(shí)，小車左轉(zhuǎn)，否則小車前進(jìn)，這樣即可保證小車能沿著既定的軌跡前進(jìn)而不篇路。b.第三組位于小車左中間電路板外側(cè)，用于判斷黑色線十字交叉口，控制小車的停止，左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，亦可判斷小車前進(jìn)了幾個(gè)方格。
第三章 智能小車軟件設(shè)計(jì)
軟件編程采用 codewarrior軟件在線編程，C語言模式，通過添加相關(guān)“豆子” 簡(jiǎn)單方便。3.1算法描述
預(yù)賽主要通過定時(shí)器定時(shí)掃描，GPIO口讀入黑白線判斷，從PWM口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。具體如下 a.定時(shí)器定時(shí)10ms，中斷
b.中斷程序讀入，三個(gè)GPIO口數(shù)據(jù)，value1,value2,value3，其中value3為底盤左側(cè)信號(hào)，為停止轉(zhuǎn)彎信號(hào)，value1,value2使小車直走。
c.如果讀入value3大于0，則為停止信號(hào)，PWM輸出0信號(hào)小車停止，定時(shí)10秒。否則若value1大于0，則小車右轉(zhuǎn)，輸出PWM信號(hào)控制小車右轉(zhuǎn)，否則若value2大于0，則小車左轉(zhuǎn)，輸出PWM信號(hào)控制小車左轉(zhuǎn)。否則為直線前進(jìn)，兩邊輸出PWM信號(hào)，使小車全速前進(jìn)。d.決賽階段考慮到兩車PK，小車前進(jìn)速度優(yōu)先，故編程時(shí)會(huì)讓小車一直走直線，但我們會(huì)在小車前進(jìn)前方設(shè)置干擾裝置，破壞對(duì)方，除定時(shí)停止外，程序基本不變。
3.2主程序流程圖
定時(shí)器流程圖
3.3 程序清單 主程序：
/**
#### **
Filename : xiaoche1.C **
Project
: xiaoche1 **
Processor : 56F8013VFAE **
Version
: Driver 01.09 **
Compiler : Metrowerks DSP C Compiler **
Date/Time : 2008-8-28, 12:22 **
Abstract : **
Main module.**
Here is to be placed user's code.**
Settings : **
Contents : **
No public methods ** **
(c)Copyright UNIS, spol.s r.o.1997-2004 **
UNIS, spol.s r.o.**
Jundrovska 33 **
624 00 Brno **
Czech Republic **
http
: 004km.cn **
: info@processorexpert.com **
####*/ /* MODULE xiaoche1 */
/* Including used modules for compiling procedure */ #include “Cpu.h” #include “Events.h” #include “PWMC1.h” #include “Bits1.h” #include “Bits2.h” #include “Bits3.h” #include “TI1.h” #include “PC_M1.h” #include “Inhr1.h” /* Include shared modules, which are used for whole project */ #include “PE_Types.h” #include “PE_Error.h” #include “PE_Const.h” #include “IO_Map.h”
void main(void){
/*** Processor Expert internal initialization.DON'T REMOVE THIS CODE！!***/
PE_low_level_init();
/*** ***/ /* Write your code here */ PWMC1_Enable();PWMC1_OutputPadEnable();for(;;){;
} } /* END xiaoche1 */ /* ** End of
Processor
Expert
internal
initialization.中斷程序：
#pragma interrupt called /* Comment this line if the appropriate 'Interrupt preserve registers' property */
/* is set to 'yes'(#pragma interrupt saveall is generated before the ISR)
*/ int value1=0;int value2=0;int value3=0;int time=0;void TI1_OnInterrupt(void){value1=Bits1_GetVal();
//left value2=Bits2_GetVal();
//right value3=Bits3_GetVal();
//centen if(value3>0&&time<1000)
//stop
{ PWMC1_SetDutyPercent(0,0);PWMC1_SetDutyPercent(1,0);PWMC1_SetDutyPercent(2,0);
PWMC1_SetDutyPercent(3,0);
time++;
//stop
}
else if(value1>0)
//turn right
{PWMC1_SetDutyPercent(0,0);PWMC1_SetDutyPercent(1,0);PWMC1_SetDutyPercent(2,0);
PWMC1_SetDutyPercent(3,100);
}
10s
else if(value2>0)
//turn left
{PWMC1_SetDutyPercent(0,100);PWMC1_SetDutyPercent(1,0);PWMC1_SetDutyPercent(2,0);
PWMC1_SetDutyPercent(3,0);
}
else
//go
{PWMC1_SetDutyPercent(0,100);PWMC1_SetDutyPercent(1,0);PWMC1_SetDutyPercent(2,0);
PWMC1_SetDutyPercent(3,100);
} /* Write your code here...*/ } /* END Events */
四：總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過兩周左右的時(shí)間，我們終于完成了小車的制作和程序的編寫。制作過程中，我們克服了許多困難，通過參考前人的經(jīng)驗(yàn)，完成了小車主體的器件分布規(guī)劃和焊接。期間出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，但都被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正了。從中我們體會(huì)到前期規(guī)劃的重要性，在焊之前考慮一下器件的焊接順序和可能出現(xiàn)的問題，這樣在焊的時(shí)候才會(huì)比較流暢，布線也比較清楚，查錯(cuò)也很容易。
編程是整個(gè)小車制作的重點(diǎn)，我們通過對(duì)小車電路、比賽規(guī)則、外部環(huán)境等情況的研究，編寫出了相應(yīng)的程序，經(jīng)過幾次調(diào)試最終完成了比賽用程序。通過編寫程序，我們感到了DSP的功能的確很強(qiáng)大而且程序編寫也不是很麻煩。
對(duì)于這次比賽，很感謝學(xué)校和Freescale公司給了我們參與這次比賽的機(jī)會(huì)，也很感謝實(shí)驗(yàn)室的學(xué)長(zhǎng)的幫助，通過實(shí)際操作加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，相信我們的努力能使我們?nèi)〉煤玫某煽?jī)。
五：參考書目
1.Free scale DSP實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
2.DSP原理及開發(fā)技術(shù)
清華大學(xué)出版社 東雷著
第五篇：智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
摘要：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，智能技術(shù)廣泛運(yùn)用于各種領(lǐng)域，智能小車不僅在工業(yè)智能化上得到廣泛的應(yīng)用，而且運(yùn)用于智能家居中的產(chǎn)品也越來越受到人們的青睞。國外智能車輛的研究歷史較長(zhǎng)。相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家但是也取得了一系列的成果。隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制將有廣闊的發(fā)展空間。本設(shè)計(jì)的智能小車?yán)眉t外對(duì)管檢測(cè)黑線與障礙物，并以單片機(jī)為控制芯片控制電動(dòng)小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡避障的功能。并對(duì)智能小車研究現(xiàn)狀以及未來的應(yīng)用與發(fā)展前景做一個(gè)全方面的介紹。關(guān)鍵詞:智能技術(shù)，自動(dòng)循跡，避障 前言
隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、DVD、洗衣機(jī)、汽車等消費(fèi)類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機(jī)電一體化、智能化、小型化等趨勢(shì)。智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多科學(xué)的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，一般主要路徑識(shí)別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。一般而言,智能車系統(tǒng)要求小車在白色的場(chǎng)地上,通過控制小車的轉(zhuǎn)向角和車速,使小車能自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛[1]。智能小車運(yùn)用直流電機(jī)對(duì)小車進(jìn)行速度和正反方向的運(yùn)動(dòng)控制，運(yùn)用直流電機(jī)對(duì)小車進(jìn)行速度和正反方向的運(yùn)動(dòng)控制，通過單片機(jī)來控制直流電機(jī)的工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)小車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。智能小車的發(fā)展歷史、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國外研究現(xiàn)狀
國外智能車輛的研究歷史較長(zhǎng)，始于上世紀(jì)50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段[2][3][4]：
第一階段，20世紀(jì)50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國Barrett Electronics 公司研究開發(fā)了世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定線路上的拖車式運(yùn)貨平臺(tái)，但它卻具有了智能車輛最基本得特征即無人駕駛。早期研制AGVS的目的是為了提高倉庫運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)輸。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感
智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。
第二階段，從80年代中后期開始，世界主要發(fā)達(dá)國家對(duì)智能車輛開展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目于1986年開始了在這個(gè)領(lǐng)域的探索。在美洲，美國于1995年成立了國家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會(huì)，主要目的是研究自動(dòng)車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛技術(shù)的整體進(jìn)步。進(jìn)入80年代中期，設(shè)計(jì)和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺(tái)。
第三階段，從90年代開始，智能車輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。最為突出的是，美國卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺(tái)自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。
目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段。這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的智能車輛具有代表性的有：
德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究，1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛在戶外高速公路上以100km/h的速度進(jìn)行了測(cè)試，它使用了機(jī)器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進(jìn)行了展示，該車可以自動(dòng)停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車輛都配備了UBM視覺系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。
荷蘭鹿特丹港口的研究，智能車輛的研究主要體現(xiàn)在工廠貨物的運(yùn)輸。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光陣列傳感器去探測(cè)障礙。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運(yùn)往各地。
日本大阪大學(xué)的研究，大阪大學(xué)的Shirai實(shí)驗(yàn)室所研制的智能小車，采用了航位推測(cè)系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計(jì)來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。另外，斯特拉斯堡實(shí)驗(yàn)中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國麻省理工學(xué)院、韓國理工大學(xué)對(duì)智能車輛也有較多的研究。
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2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對(duì)某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定得技術(shù)差距，但是我們也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：
（1）中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院與2003年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車在正常交通情況下的高速公路上，行駛的最高穩(wěn)定速度為13km/h,最高峰值速度達(dá)170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
（2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺(tái)PC486完成路邊抽取識(shí)別和激光信息處理，8098單片機(jī)完成定位計(jì)算和車輛自動(dòng)駕駛。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的“感知-建模-規(guī)劃-執(zhí)行”算法，其直線跟蹤速度達(dá)到20km/h，避障速度達(dá)到5-10km/h。
智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行智能交通系統(tǒng)ITS（Intelligent Transport System）關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。隨著ITS研究的興起，我國已形成一支ITS技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊(duì)伍。并且各交通、汽車企業(yè)越來越加大了對(duì)ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會(huì)的關(guān)注程度在不斷提高。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010年長(zhǎng)期規(guī)劃。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會(huì)得到很大提高。
目前學(xué)術(shù)界對(duì)智能小車的研究也很多，桂林理工大學(xué)黃建能等[2]設(shè)計(jì)的無線遙控小車，其由四部分組成：主控模塊、無線通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機(jī)作為處理器；無線通信模塊采用芯片 PT2262和 PT2272實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)；用內(nèi)置兩個(gè)H橋的 L298芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及加速、減速的動(dòng)作。整個(gè)無線遙控小車系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并具有一定的可擴(kuò)展性。
于連國、李偉等[6]設(shè)計(jì)了自動(dòng)往返的智能電動(dòng)車，其采用 STC89C51 單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制核心；使用紅外傳感器檢測(cè)跑道黑線并把反饋到的信號(hào)傳給單片機(jī)，能夠使小車在各區(qū)域均能按預(yù)定的速度行駛。
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葛廣軍,楊帆[7]設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)循跡的智能小車。該智能小車的控制系統(tǒng)以單片機(jī)MC912DG128為核心,由路徑識(shí)別、車速檢測(cè)、舵機(jī)控制、直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200和電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7525等模塊組成，并詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的組成原理和軟硬件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)具有循跡效果好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
董濤,劉進(jìn)英等[8]設(shè)計(jì)并制作了一種具有紅外遙控、自動(dòng)避障、智能尋徑等功能的智能小車，該車以玩具小車為車體,直流電機(jī)及其控制電路為整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，STC89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,采用IRM-2638紅外一體接收頭接收控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的遙控,加以多種傳感器以實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)避障與智能尋徑等功能，該小車還配備了兩塊數(shù)碼顯示管，以便實(shí)時(shí)觀察小車狀態(tài)。該小車工作穩(wěn)定，還可用于各種機(jī)器人比賽。
姜寶華、齊強(qiáng)等[9]基于STC89C52RC單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種遙控智能小車。小車具有自動(dòng)、遙控兩種模式。該小車在遙控模式下小車可在1公里范圍遙控到達(dá)指定位置，并在手持設(shè)備上顯示小車位置坐標(biāo)；自動(dòng)模式下在封閉環(huán)境輸入任意坐標(biāo)，小車可自動(dòng)運(yùn)行到該位置。
可以預(yù)計(jì)，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。我們要結(jié)合我國國情，在某一方面或某些方面，對(duì)智能車進(jìn)行深入細(xì)致的研究，為它今后的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。智能小車設(shè)計(jì)構(gòu)想
智能車輛是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。本次設(shè)計(jì)對(duì)智能小車的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于路徑規(guī)劃處理的智能小車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能小車最基本的兩個(gè)功能：循跡、避障。
3.1 主控系統(tǒng)
方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的 邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)角度考慮我放棄了此方案。
方案2：采用51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心[7]，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而
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在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢(shì)——控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。
綜上所述，我采用了方案二。
3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
方案1：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。
方案2：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。
方案3：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。
這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。
綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案三。
3.3 循跡模塊
方案1：采用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。
方案2：采用兩只紅外對(duì)管，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開關(guān)接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測(cè)試表明，只要合理安裝好兩只光電開關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。
方案3：采用三只紅外對(duì)管，一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測(cè)到黑
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線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺不定，雖然可以正確的循跡但其成本與穩(wěn)定性都次于第二種方案。
綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇方案二。
3.4 避障模塊
方案1：采用一只紅外對(duì)管置于小車中央。其安裝簡(jiǎn)易，也可以檢測(cè)到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會(huì)與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。
方案2：采用二只紅外對(duì)管分別置于小車的前端兩側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，對(duì)小車與障礙物相對(duì)距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時(shí)反應(yīng)。
方案3：采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。通過測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。
綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇方案二。設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述
4.1 循跡原理
這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過15cm。對(duì)于發(fā)射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。
當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號(hào)，那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號(hào)被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測(cè)信號(hào)的功能。將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。
循跡流程框圖如圖4.1所示。
智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
開始前進(jìn)N是否檢測(cè)到黑線Y左轉(zhuǎn)Y判斷是否是左邊檢測(cè)到黑線N右轉(zhuǎn)
圖4.1 循跡流程框圖
4.2 紅外避障原理
避障傳感器基本原理，和循跡傳感器工作原理基本相同，利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因?yàn)閭鞑ゾ嚯x越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭。傳感器檢測(cè)到這一信號(hào)，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，完成一個(gè)漂亮的躲避障礙物動(dòng)作傳。
躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。
紅外避障流程框圖如圖4.2所示。
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開始前進(jìn)N左轉(zhuǎn)是否檢測(cè)到障礙物NY左紅外是否檢測(cè)到障礙物N左右紅外對(duì)管都檢測(cè)到障礙物YY右轉(zhuǎn)后退
圖4.2 紅外避障流程圖 總結(jié)及展望
智能小車的研究、開發(fā)和應(yīng)用涉及傳感技術(shù)、電氣技術(shù)、電氣控制技術(shù)、智能控制等學(xué)科，智能控制技術(shù)是一門跨科學(xué)的綜合性技術(shù)，當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模塊在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)行，可運(yùn)用于科學(xué)勘探等用途，無需人為的管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或更高的目標(biāo)。智能機(jī)器人正在代替人們完成這些任務(wù)，凡不宜有人直接承擔(dān)的任務(wù)，均可由智能機(jī)器人代替，可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險(xiǎn)地段，人類無法介入等特殊情況下的任務(wù)，智能小車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。對(duì)于智能小車研究還可以從以下方向展開：在小車上裝攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控采集，通過無線傳給遠(yuǎn)端的主機(jī)，主機(jī)可以發(fā)送命令給小車，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作等等。還可以擴(kuò)展其他的模塊。就可以廣泛的應(yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險(xiǎn)搜索、智能救援等。
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