第一篇：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。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外對管檢測黑線與障礙物，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。智能化作為現(xiàn)代社會的新產(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，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，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
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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，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。
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)目第一次委員會會議上，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Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺PC486完成路邊抽取識別和激光信息處理，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ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會的關(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)水平一定會得到很大提高。
目前學(xué)術(shù)界對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)作為小車的檢測和控制核心；使用紅外傳感器檢測跑道黑線并把反饋到的信號傳給單片機(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,由路徑識別、車速檢測、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實(shí)現(xiàn)對小車的遙控,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)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(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——控制簡單、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：采用繼電器對電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(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：采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測，但實(shí)際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、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)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場實(shí)測表明，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：采用一只紅外對管置于小車中央。其安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，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，對小車與障礙物相對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：采用一只紅外對管置于小車右側(cè)。通過測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法。紅外探測法，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。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過15cm。對于發(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，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，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)了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測到的信號為高電平時(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口檢測到的信號為低電平時(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是否檢測到黑線Y左轉(zhuǎn)Y判斷是否是左邊檢測到黑線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。傳感器檢測到這一信號，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—空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對就越多，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)是否檢測到障礙物NY左紅外是否檢測到障礙物N左右紅外對管都檢測到障礙物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。
智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
參考文獻(xiàn)
[1] 趙海蘭.基于單片機(jī)的紅外遙控智能小車的設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技, 2011年3期 [2] Dickmanns E D,etc.The Seeing Passenger Car “Vamors-P” Proc 1994 IEEE Symposia on Intelligent Vehicles.IEEE Press Piscataway,1994,10(5):68-73 [3] Maurer M.Vamors-p——An Advanced Platform for Visual Autonomous Road Vehicl Guidance.In:SPIEConfon Mobile Robots IX.Boston,1994,12(3):239-248 [4] Broggi A, Bertozzi M, Faseioli A et al.Automatic vehicle guidance:the experience of the ARGO autonomous vehicle.Singapore:World Scientific PubllshingCo, 1998:23-24 [5] 尹念東.智能車輛的研究及前景[J]．上海汽車，2002.2 [6] 于連國,李偉,王妍瑋.基于單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)[J]林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2011, Vol.39,No.4:39-41.[7] 葛廣軍,楊帆.基于單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).[J]河南城建學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, Vol.20,No.3:47-50.[8] 董濤,劉進(jìn)英,蔣蘇.基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作[J]計(jì)算機(jī)測量與控制, 2009, Vol.17,No.2:380-382.[9] 姜寶華,齊強(qiáng).基于單片機(jī)的無線遙控智能小車的設(shè)計(jì)與制作[J]計(jì)算機(jī)測量與控制, 2013,（2）:24-25.[10] 王晶.智能小車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.碩士論文,武漢:武漢理工大學(xué),2009
第二篇：智能小車設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)綜述
智能小車的設(shè)計(jì)
智能小車的設(shè)計(jì)
摘要：隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及工業(yè)智能化的優(yōu)點(diǎn)，智能小車在工業(yè)智能化上得到廣泛的應(yīng)用。本文就智能小車的設(shè)計(jì)構(gòu)造以及機(jī)械智能化未來的應(yīng)用與發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：智能小車/設(shè)計(jì)構(gòu)造/應(yīng)用與發(fā)展 智能小車的設(shè)計(jì)構(gòu)造
智能小車是集理論力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)字電路、模擬電路、傳感器、單片機(jī)、控制理論和算法等多門學(xué)科為一體的綜合系統(tǒng)。其內(nèi)容涵蓋機(jī)械、電子、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。該小車的車體由基于VB和串口無線通信的直流電機(jī)控制模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、C8051F單片機(jī)控制模塊以及車載機(jī)械手組成?？捎糜跓o人駕駛、自動(dòng)抓取物體等人工智能領(lǐng)域。
1.1 基于VB和串口無線通信的直流電機(jī)控制模塊
利用VB6.0語言編程實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人上直流伺服電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的加速和恒速運(yùn)行。分別將兩塊接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口、型號為ZT-TR43C的無線數(shù)傳模塊，接到發(fā)、收的兩臺PC機(jī)上，并利用VB通信控件MSCommon實(shí)現(xiàn)串口無線通信，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程無線控制。
近年來，在機(jī)器人與外部的通信方式選擇上，由于機(jī)器人具有廣闊運(yùn)動(dòng)空間，因而無線通信成為其所必須具備的通信方式之一。本文以一種輪簡單的四輪智能小車作為研究對象，通過VB編程和無線模塊通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；通過對智能小車后輪的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度控制，使智能小車完成直線運(yùn)行、轉(zhuǎn)彎運(yùn)行等動(dòng)作。
目前，直流伺服電機(jī)有著很廣泛的應(yīng)用前景，如在印刷機(jī)械、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、高速電梯、數(shù)控機(jī)床等重要行業(yè)中，均得到了普遍的應(yīng)用。本文提到的智能小車本身對位置伺服要求比較高，對速度也有一定的控制要求，而對小車的控制可以說最根本的就是對電機(jī)進(jìn)行控制。
VB是一種易學(xué)習(xí)、功能強(qiáng)、效率高的可視化編程語言，用它來做可視化人機(jī)界面有著很好的應(yīng)用前景。利用面向?qū)ο蟮目梢暬疺B語言對其進(jìn)行編程控制，1
智能小車的設(shè)計(jì)
避免VC、C語言編程的繁瑣與難閱讀性。另外，利用Visual Basic 6.0 版本的可實(shí)現(xiàn)串行通信的MSCommon控件，實(shí)現(xiàn)了串口通信；通過無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了兩臺PC機(jī)之間的通信，為對小車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制搭建了很好的實(shí)驗(yàn)平臺。同時(shí)，利用VB的Timer 控件對程序進(jìn)行觸發(fā)，使控制電機(jī)能夠緩慢加減速；通過改變加速度的大小，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，避免了PWM控制的不穩(wěn)定。
通過PC機(jī)的RS-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多控制系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。在本小車控制中，通信采用的都是RS-232通信方式。VB提供的串行通信控件為MSCommon控件，此控件用于支持VB對串行口的訪問。在串口通信過程中當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)或者發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，均觸發(fā)該控件的OnComm事件，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。MSCommon 控件相應(yīng)的屬性為:CommPort屬性，設(shè)置并返回通信端口號；Settings屬性，以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位；PortOpen屬性，設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口；InputLen屬性，說明Input屬性從接收緩沖區(qū)中讀取的字符數(shù)；MSCommon控件的PortOpen屬性決定了通信開始和結(jié)束。
1.2 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
1.2.1 L298N與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要采用L298N，L298N可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。L298N是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，與L293D的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，減速電機(jī)，伺服電機(jī)，等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。
1.2.2 L298N型驅(qū)動(dòng)器的原理及應(yīng)用
L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流 2
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可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺直流電機(jī)。
1.3 C8051單片機(jī)控制模塊
Cygnal公司的C8051單片機(jī)使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。以下介紹C8051單片機(jī)的一些重要技術(shù)以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。
①C8051單片機(jī)使用Cygnal的專利CIP-51微控制囂內(nèi)核，采用流水線指令結(jié)構(gòu)；70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；速度可達(dá)25 MIPS(時(shí)鐘頻率為25 MHz時(shí))。這樣就可以應(yīng)用復(fù)雜的控制算法提高控制精度。
②C8051單片機(jī)內(nèi)部有4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器和專用的看門狗定時(shí)器(WDT)，這樣就不再需要附加外部計(jì)數(shù)器件和外部看門狗電路。本系統(tǒng)中定時(shí)器0和定時(shí)器2用作小車左右輪反饋脈沖計(jì)數(shù)，定時(shí)器1配置成自動(dòng)重裝載的8位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器。用于波特率發(fā)生器。
③C8051單片機(jī)引入r數(shù)字交叉開關(guān)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口I／O引腳。通過設(shè)置優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器／定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口I／O引腳。
④C805l單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)，由一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器和5個(gè)16位捕捉／比較模塊組成。通過設(shè)置特殊功能寄存器PCA0CPM將捕捉／比較模塊0和1(CEX0和CEXl)設(shè)置成8位脈沖寬度調(diào)制器(PWM)驅(qū)動(dòng)左右輪電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
⑤C805l單片機(jī)內(nèi)部有12位逐次逼近型ADC，可以在不增加外圍電路的前提下方便地檢測模擬信號。本系統(tǒng)從電機(jī)電樞回路中引出電流信號送入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)控制。
⑥C805l單片機(jī)具有片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過4腳JTAG接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試．而且支持?jǐn)帱c(diǎn)、智能小車的設(shè)計(jì)
單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器，支持觀察修改存儲器和寄存器。
由以上介紹可以看出，在小車子系統(tǒng)中選用C8051單片機(jī)是非常合適的，由于可以硬件生成PWM，占用CPU資源很少；高性能的指令系統(tǒng)以及和VB語言之間進(jìn)行交叉匯編，為設(shè)計(jì)各種控制算法提供了廣闊的空間。
1.4 車載機(jī)械手
1.4.1 機(jī)械手的簡單介紹
機(jī)械手是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)械手產(chǎn)品。手爪的應(yīng)用環(huán)境干差萬別，抓取可靠、環(huán)境適應(yīng)性好、控制簡單、自適應(yīng)性強(qiáng)、自主能力高是衡量機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志。性能優(yōu)良的機(jī)器人手爪可以實(shí)現(xiàn)可靠、快速和精確地抓取。近年來機(jī)器人技術(shù)得到大力的發(fā)展，手爪的研究也步入一個(gè)良好的發(fā)展時(shí)期，機(jī)器人手爪正由簡單發(fā)展到復(fù)雜，由笨拙發(fā)展到靈巧，其中的仿人靈巧手已經(jīng)發(fā)展到可以與人手媲美。機(jī)械手對目標(biāo)物體抓取的穩(wěn)定性研究是一個(gè)值得長期探討的課題。
1.4.2 車載機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)體系
搭載機(jī)械手的移動(dòng)機(jī)器人本體為四輪萬向輪小車，它具備自主導(dǎo)航能力。在遇到物體時(shí)，可遠(yuǎn)程控制并操作機(jī)械手抓取。車載機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)3大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂、機(jī)械手爪與基座的總稱。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。目前專用機(jī)械手采用電氣驅(qū)動(dòng)方式的較多，而本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是舵機(jī)控制方式的二指機(jī)械手。
1.4.3 車載機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)
1.4.3.1 手部
手部安裝與手臂前端是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。它模仿人類手指，分為無關(guān)節(jié)型，固定關(guān)節(jié)型和自由關(guān)節(jié)型3種。手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，本次設(shè)計(jì)采用的為二指形手爪。1.4.3.2 手臂
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手臂的作用是引導(dǎo)手指精確地抓住目標(biāo)物體，并運(yùn)送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精確定位。手臂分為有關(guān)節(jié)臂和無關(guān)節(jié)臂，以前主流設(shè)計(jì)幾乎都是無關(guān)節(jié)手臂。而目前設(shè)計(jì)多為有關(guān)節(jié)手臂，本次設(shè)計(jì)的小型偵察車車載機(jī)械手即為有關(guān)節(jié)手臂。手臂由以下幾部分組成：①動(dòng)作元件，帶動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，在本車載機(jī)械手中為兩臺直流無刷伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)；②導(dǎo)向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標(biāo)物體重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。1.4.3.3 關(guān)節(jié)與基座
關(guān)節(jié)部分是非常關(guān)鍵，要求其既能保證電機(jī)軸固定到連接手臂，又要滿足不同臂長需要，即在一定范圍內(nèi)可靈活更換臂長，手臂套筒長度可自由調(diào)節(jié)。機(jī)械手通過基座安裝固定在小型車的儀器艙上，基座是用以承受機(jī)械手全部重量的構(gòu)件，對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。機(jī)械智能化的應(yīng)用與發(fā)展前景
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器智能化技術(shù)的應(yīng)用幾乎擴(kuò)展到整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。但對于未知或特殊的任務(wù)，作為機(jī)械智能化的代表-機(jī)器人還不能獨(dú)立完成，而且缺少必要的柔性。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的效能，需要研究如何使人與機(jī)器人相互配合，共同完成作業(yè)任務(wù)。搭載于機(jī)器人上的機(jī)械手能模仿人手臂的某些動(dòng)作功能，可以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或?qū)ぞ叩淖詣?dòng)操作，代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)工作的機(jī)械化和自動(dòng)化，業(yè)已成為機(jī)器人系統(tǒng)中非常重要的組成部分。特別是近年來機(jī)械手已逐漸應(yīng)用于易燃易爆品的裝配、拆卸、搬運(yùn)，以及消防、反恐、防爆等高度危險(xiǎn)環(huán)境，代替人類完成力所不及的工作，這類機(jī)械手因此也被稱為“專用機(jī)械手”。世界各國對專用機(jī)械手的研究愈加重視，紛紛投入大量的人力、物力加以研究和應(yīng)用。從目前情況看，我國“專用機(jī)械手”還處在研究、跟蹤、試驗(yàn)階段，其主要原因在于這類機(jī)械手不僅需要載體平臺的穩(wěn)定移動(dòng)，而且還要求機(jī)械手穩(wěn)定執(zhí)行操作。針對污染與核輻射環(huán)境的應(yīng)急處理需要，筆者設(shè)計(jì)出小型3自由度機(jī)械手，搭載于已開發(fā)出來的小型移動(dòng)機(jī)器人平臺上。在機(jī)器人偵察各種污染和輻射環(huán)境、人員不便進(jìn)入的情況下，車載機(jī)械手的出現(xiàn)，可以代替人員進(jìn)行手工操作、抓取、采集樣品等，大大改善了工作條件，提高了工作效率，保障了人員安全。
智能小車的設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)
［1］ 張曉紅.VB中如何利用MSCommon控件實(shí)現(xiàn)串口通信[J]．福建電腦，2004（3）：37-38.［2］ 姚軍光.基于VB的電機(jī)驅(qū)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，25（3）：261-264.［3］ Holt C,Fumo J.Visual BASIC environment yields advanced navigation［C］.OCEANS,2001.MTS/IEEE Conference and Exhibition Volume 1.2001：331-336.［4］ 薛園園.USB應(yīng)用開發(fā)實(shí)例詳解[M]北京：人民郵電出版社．2007.［5］ 邱 丹，王 東，高振東.直流電機(jī)PWM 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)[J]．青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，15(1)：10-11.［6］ 孟紅英，等.用L297、L298組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路[J]．儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，(2).［7］ 51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M]．北京：電子工業(yè)出版社。2007． ［8］ 王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社。2002． ［9］ 劉寶廷，程樹康.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997．
［10］ 韓全力.單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．
［11］ 劉字紅，張明路，孟憲春，等．移動(dòng)機(jī)械手的穩(wěn)定性及補(bǔ)償方法現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，21(2)：5-7.［12］ 楊武，蔣梁中.排爆機(jī)器人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，(5)． ［13］ 慧明.關(guān)節(jié)型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械，2007，28(10)：17-19.［14］ Huang L，Yu W，Jhajharia S K．Speed control of differentially driven wheeled mobile robots—tracking and synchronization [A]．Proceedings of the 20“IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conferonce[C]．2003：1407-1412.［15］ 方龍，陳丹，肖獻(xiàn)保.基于單片機(jī)的機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．廣西輕工業(yè)，2008，24(8)：89-90.［16］ 沈紅.衛(wèi)基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電子工業(yè)出版社，2005.6
第三篇：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：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)，首先針對大學(xué)所有學(xué)習(xí)的知識是一個(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，并能用測速傳感器和光電碼盤對小車速度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。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，它對整個(gè)小車的定位起到很重要的作用，由傳感器檢測黑線的位置，其中黑線對光能吸收，白線對光反射。利用此原
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理將紅外線傳感器采集到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號實(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型光電對管。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，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送給單片機(jī)處理。由于黑色車道對紅外線傳感器發(fā)出的光有吸收能力，白色地方對發(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，傳送個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)采集的信號做出實(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)存儲器、程序存儲器、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)，因此我們在沒完成一個(gè)模塊時(shí)就回檢測調(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)光耦芯片給定信號時(shí)對lm298的輸出沒有反應(yīng)。我們在檢驗(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)射部分蓋住檢測輸出，在將黑色物體移開，再檢測輸出。
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)簡單的轉(zhuǎn)彎功能。由于本次設(shè)計(jì)中尚存在些缺陷和對尋跡程序編寫困難，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，是對大學(xué)所學(xué)知識的一個(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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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
第四篇：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。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)簡單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測試結(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，加裝光電檢測器，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的位置的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動(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 光電檢測系統(tǒng)
本模塊采用七對紅外線發(fā)射和接收對管,來檢測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)對管正下方為白色時(shí)輸出+5V電壓,當(dāng)對管正下方為黑線時(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, 七對光電對管經(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：單片機(jī)放的控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(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，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)檢測不到信號時(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
第五篇：電磁智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告
標(biāo)題：電磁感應(yīng)智能電動(dòng)車
摘要:本系統(tǒng)以AVR單片機(jī)MEGAl6為核心器件，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)電路的控制，使電動(dòng)小車自動(dòng)行駛。利用電磁原理，在車模前上方水平方向固定兩個(gè)相距為L的電感，通過比較兩個(gè)電感中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小即可判斷小車相對于導(dǎo)線的位置，進(jìn)而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。用PWM技術(shù)控制小車的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成小車位置、速度、時(shí)間等的控制。利用干簧管來檢測跑道的起始和終點(diǎn)位置從而完成小車的起步及停車。
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：
AVR單片機(jī)MEGAl6（該芯片能夠不需要外圍晶振和復(fù)位電路而獨(dú)立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。）為核心，由單片機(jī)模塊、路徑識別模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成，如下圖所示?；陔姶鸥袘?yīng)的智能尋跡車模系統(tǒng)以
直流電動(dòng)機(jī)為車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)用于控制車輛行駛方向。智能尋跡車模利用電磁感應(yīng)在跑道上自主尋跡前進(jìn)，轉(zhuǎn)向。
單片機(jī)模塊(控制模塊)：
尋跡車模采用AVR內(nèi)核的ATMEGAl6。該芯片能夠不需要外圍晶振和復(fù)位電路而獨(dú)立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。
路徑識別模塊：
本方案就是在車模前上方水平方向固定兩個(gè)相距為L的電感。左邊的線圈的坐標(biāo)為（x,h,z），右邊的線圈的位置(x-L,h,z)。由于磁場分布是以z軸為中心的同心圓，所以在計(jì)算磁場強(qiáng)度的時(shí)候我們僅僅考慮坐標(biāo)(x,y)。由于線圈的軸線是水平的，所以感應(yīng)電動(dòng)勢反映了磁場的水平分量。計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢：
圖 1 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢與它距導(dǎo)線水平位置x 的函數(shù)
如果只使用一個(gè)線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢E 是位置x 的偶函數(shù)，只能夠反映到水平位置的絕對值x 的大小，無法分辨左右。為此，我們可以使用相距長度為L 的兩個(gè)感應(yīng)線圈，計(jì)算兩個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的差值：
對于直導(dǎo)線，當(dāng)裝有小車的中軸線對稱的兩個(gè)線圈的小車沿其直線行駛，即兩個(gè)線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對稱時(shí)，則兩個(gè)線圈中感應(yīng)出來的電動(dòng)勢大小應(yīng)相同、且方向亦相同。若小車偏離直導(dǎo)線，即兩個(gè)線圈關(guān)于導(dǎo)線不對稱時(shí)，則通過兩個(gè)線圈的磁通量是不一樣的。這時(shí)，距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢應(yīng)大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的那個(gè)線圈中的。根據(jù)這兩個(gè)不對稱的信號的差值，即可調(diào)整小車的方向，引導(dǎo)其沿直線行駛。
對于弧形導(dǎo)線，即路徑的轉(zhuǎn)彎處，由于弧線兩側(cè)的磁力線密度不同，則當(dāng)載有線圈的小車行駛至此處時(shí)，兩邊的線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢是不同的。具體的就是，弧線內(nèi)側(cè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢大于弧線外側(cè)線圈的，據(jù)此信號可以引導(dǎo)小車拐彎。
另外，當(dāng)小車駛離導(dǎo)線偏遠(yuǎn)致使兩個(gè)線圈處于導(dǎo)線的一側(cè)時(shí)，兩個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢也是不平衡的。距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的線圈。由此，可以引導(dǎo)小車重新回到導(dǎo)線上。
由于磁感線的閉合性和方向性，通過兩線圈的磁通量的變化方向具有一致性，即產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向相同，所以由以上分析，比較兩個(gè)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小即可判斷小車相對于導(dǎo)線的位置，進(jìn)而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。
驅(qū)動(dòng)模塊：
簡易智能小車有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。其中一個(gè)小電動(dòng)機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向，給電動(dòng)機(jī)加正反向電壓，實(shí)現(xiàn)前輪的左右轉(zhuǎn)向；另一電動(dòng)機(jī)控制后輪驅(qū)動(dòng)力。控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)需要較小的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，選L293作為驅(qū)動(dòng)芯片；由于后輪驅(qū)動(dòng)功率較大，所以選用L298N，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小車行使過程中負(fù)載較大，導(dǎo)致L298N發(fā)熱較大，故給芯片添加散熱片以保護(hù)芯片正常工作。為了優(yōu)化控制性能，采用PWM脈寬調(diào)速，并利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生 模擬電壓，控制555生成占空比可調(diào)的脈沖從而控制L293B與L298N進(jìn)行脈寬調(diào)速。
具體設(shè)計(jì)方案：
本設(shè)計(jì)使用一普通玩具小車作為車模，采用P W M 信號驅(qū)動(dòng)，當(dāng)PWM信號脈寬處于(1ms,1.5ms)區(qū)間時(shí)舵機(jī)控制小車向左行駛，脈寬處于(1.5ms,2ms)時(shí)小車向右行駛，脈寬約為1.5ms時(shí)小車沿直線行駛。本方案使用兩個(gè)10mH的電感置于車模頭部作為確定小車位置的傳感器。然后，設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬電路，采集、調(diào)理、放大由電感得到的電動(dòng)勢信號。具體電路如圖2所示。
該電路采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，電感信號從PL進(jìn)入?？紤]到單獨(dú)電感感應(yīng)出的電動(dòng)勢很小，本設(shè)計(jì)使用電感和電容諧振放大感應(yīng)電動(dòng)勢。由于使用的是10mH的電感，導(dǎo)線中電流頻率為20kHz，因此使用6.3nF的電容。這樣在電容上得到的電壓將會比較大，便于三極管進(jìn)行放大。整個(gè)電路的具體放大倍數(shù)需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)的小車控制電路如圖3所示。
首先，把由兩個(gè)電感得到的感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)調(diào)理、放大后得到的電壓輸出u1和u2送入由運(yùn)放組成的減法器中進(jìn)行減法運(yùn)算，然后再經(jīng)由運(yùn)放組成的電壓跟隨器送給下一級電路。經(jīng)過分析，這一級電路的輸出大致可由下式進(jìn)行計(jì)算：
后一級電路由兩個(gè)555定時(shí)器組成，其中下方的555構(gòu)成一個(gè)占空比非常接近于1的脈沖發(fā)生器，作為上方555的觸發(fā)脈沖。因?yàn)榇擞|發(fā)脈沖的低電平信號非常窄，所以能很好的保證上方555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路正常運(yùn)行。該脈沖信號頻率為：
上方的555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)型壓控振蕩器，它的脈寬受輸入V1的控制，輸出即PWM信號。當(dāng)V1較大時(shí)，即兩個(gè)電感線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢相差較大時(shí)，亦即小車偏離導(dǎo)線向左行駛時(shí)，則脈寬較大，舵機(jī)將控制小車向右行駛；當(dāng)V1適中時(shí)，接近，即小車沿導(dǎo)線行駛時(shí)，則脈寬接近1.5ms，小車按直線行駛；當(dāng)V1較小時(shí)，即小車偏離導(dǎo)線向右行駛時(shí)，則脈寬較小，舵機(jī)將控制小車向左行駛。從而，控制小車大致循著導(dǎo)線行駛。另外，改變構(gòu)成減法器的電阻的值，可以調(diào)整小車反應(yīng)的靈敏度，進(jìn)而防止出現(xiàn)小車以導(dǎo)線為中軸線左右搖擺的現(xiàn)象。
補(bǔ)充說明：跑道上的起始位置及終點(diǎn)位置用干簧管來檢測。
程序設(shè)計(jì)流程圖：
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