第一篇：基于Android手機藍牙控制的智能小車設計（共）
基于Android手機藍牙控制的智能小車設計
摘 要： 基于Android平臺，借助于藍牙通信技術(shù)，為無線智能小車的設計提供一種新的研究方法。該設計把藍牙、無線電子技術(shù)、單片機技術(shù)和Android移動智能終端平臺結(jié)合在一起，在小車硬件基礎(chǔ)上設計藍牙控制的無線智能小車。通過藍牙控制實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能，并在小車行走過程中通過Android手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運動狀態(tài)，這為車載電子的無線通信設計提供了一種新的設計方法，同時也為未來的無線小車和現(xiàn)代智能家居的設計提供一定的參考價值。
關(guān)鍵詞： 藍牙通信； 移動智能終端； 智能小車； 車載電子
中圖分類號： TN923?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0132?03
Abstract： This design is based on the Android，and provides a new research method for wireless smart car control by means of the bluetooth communication technology.With more and more wide use of Bluetooth in people's lives，a wireless smart car controlled by Bluetooth was designed in combination with of Bluetooth，wireless electronic technology，microcontroller technology and Android mobile intelligent terminal platform，as well as car hardware.The forward move，backward move，right front turn，left front turn，right rear turn，left rear turn and other functions of the smart car were achieved with bluetooth control technology.In the course of the car moving，the car’s movement state can be controlled and changed by means of APP interface button，gravity，voice through the Android mobile client.It provides a new design method for vehicle?mounted electronics for wireless communication.It also provides a certain reference significance for the future design of wireless car and modern smart home.Keywords： bluetooth communication； mobile intelligent terminal； intelligent car； vehicle?mounted electronics
0 引 言
本設計的思路是基于以下幾個方面：首先，隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及，使得車載電子系統(tǒng)對整個車的影響非常大；其次，藍牙技術(shù)的普及，在智能家居中和車載電子系統(tǒng)中的應用有很大的前瞻性；第三，移動智能終端設備在人們的生活中越來越重要，人類已經(jīng)進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端設備的使用給人們的生活帶來了很大便捷，同時在車載社會中也有巨大的優(yōu)勢；最后，由于筆者就職單位與一家汽車電子公司正在共同開發(fā)新一代全景泊車系統(tǒng)、行車記錄儀等車載安全系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡連接到手機上實時顯示車身周圍的信息，給駕駛員帶來了很大的方便[1]。總體設計方案
本設計的研究內(nèi)容包括小車的工作原理、單片機系統(tǒng)的軟件和硬件、電機驅(qū)動系統(tǒng)、藍牙通信系統(tǒng)[2]，Android手機APP設計，如圖1所示。本設計需要達到的目標如下：
（1）可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；
（2）結(jié)合Android系統(tǒng)開源特點、藍牙短距離無線傳輸?shù)膬?yōu)勢以及單片機操作的簡便，實現(xiàn)手機的基本控制功能；
（3）可以在小車行走過程中通過Android手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別改變小車運動狀態(tài)；
（4）在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。
1.1 上位機軟件設計
上位機開發(fā)使用的是由IBM提出的Eclipse開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境功能完善、比較成熟。而Android是一個多任務操作系統(tǒng)[3]，在執(zhí)行一個應用程序時，可以把這個應用程序放在后臺，然后另外又執(zhí)行其他的應用程序。但每多執(zhí)行一個程序，就會多耗費一些系統(tǒng)內(nèi)存，如果同時執(zhí)行的任務過多或者沒有釋放之前執(zhí)行任務的內(nèi)存，Android系統(tǒng)運行起來就會變慢，甚至變得不穩(wěn)定。圖2是上位機軟件設計方案圖。
1.2 下位機軟件設計
下位機（單片機簡稱下位機）軟件開發(fā)環(huán)境使用的是Keil μVision 4開發(fā)環(huán)境，根據(jù)主控制器的要求選擇Keil μVision 4的Keil C51開發(fā)環(huán)境對整個下位機軟件進行開發(fā)，其開發(fā)語言使用的是C語言[4]。下位機軟件系統(tǒng)方案如圖3所示。
設計方案特點及擴展說明
本設計主要是將單片機電子技術(shù)、藍牙通信技術(shù)和計算機軟件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進行融會貫通，設計了該智能小車系統(tǒng)。
在主控芯片選擇時，選取功能俱全、價格低廉的芯片，通信方式上，選用最新的藍牙4.0技術(shù)，同時結(jié)合了移動智能終端來控制小車[5]。設計方案的特色如下：
（1）小車的主控芯片選用宏晶公司的STC89C52，其具有8 kB的FLASH，3個定時器，軟件編程難度適宜，且芯片資源足夠本系統(tǒng)使用。
（2）通信方式采用串口通信，利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)對小車的控制。短距離通信方式主要有：Bluetooth，ZigBee，WiFi，UWB和NFC，相比這五種無線短距離通信，藍牙在移動智能終端的成本是最低的，同時在車載音響設備中已經(jīng)有了應用，因此本方案選擇藍牙作為通信方式。
（3）近幾年移動智能終端發(fā)展得越來越快、越來越好，手機、平板等都已進入了智能家居中，且這些設備都具備藍牙功能，在小車控制端選擇Android手機作為控制平臺是時代的潮流。方案難點及關(guān)鍵技術(shù)
該方案難點在于： Android手機客戶端的APP編程。因為小車控制有虛擬按鍵、重力、語音三種控制方式，這樣在上位機編程上有很大的技術(shù)難點；藍牙模塊與下位機的串口通信和與上位機的無線通信。為了避免通信故障，在確定通信協(xié)議上有一定的難度；小車四個驅(qū)動電機的供電、主控芯片的供電和藍牙模塊的供電。
關(guān)鍵技術(shù)有：制定通信協(xié)議；設計Android手機APP；整個小車的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析
4.1 藍牙控制小車整體外觀
藍牙控制智能小車整體實物圖如圖4所示，圖5為小車的側(cè)視圖。整個小車有上位機和下位機兩部分組成，小車控制器部分主要包括直流電機控制，藍牙通信，電池供電等。
4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試
藍牙控制智能小車最終實現(xiàn)的功能有：可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；可在小車行走過程中通過手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運動狀態(tài)；在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。主要調(diào)試內(nèi)容如下：
（1）藍牙通信測試。用APP按鍵控制小車的前進后退，小車可以進行相應的轉(zhuǎn)向操作，證明通信系統(tǒng)沒有問題，然后測試重力感應[6]和語音控制，小車均正常工作。
[圖4 語音控制 圖5 小車側(cè)視圖]
（2）小車運動測試。當小車收到手機APP發(fā)送的前進后退指令后，單片機會解析其指令并控制四個直流電機做相應的“動作”。“按鍵”、重力、語音三種控制方式，在軟件設計時采用了一定的技巧，單片機解析命令時不需要解析其是三種控制方式的哪一種，只需要解析前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止五個命令。結(jié) 語
通過多次反復調(diào)試和修改代碼，成功實現(xiàn)了藍牙小車預設的所有功能，在10 m范圍內(nèi)通信穩(wěn)定，控制可靠靈活。只是在上位機與下位機聯(lián)調(diào)的過程中遇到過一些麻煩，經(jīng)過不斷的優(yōu)化代碼最終實現(xiàn)了通信、控制“無障礙”。方案的意義在于將單片機電子技術(shù)，藍牙通信技術(shù)和智能終端設備有效的結(jié)合，深化了車聯(lián)網(wǎng)的概念，為車載電子的無線通信設計提供了一定的參考價值，本方案可推廣到車載藍牙系統(tǒng)，智能家居等領(lǐng)域。
參考文獻
[1] 林志翔，肖寶森.新型多功能智能小車的設計與應用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（6）：134?136.[2] 董健.物聯(lián)網(wǎng)與短距離無線通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.[3] 郭志宏.Android應用開發(fā)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.[4] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工程出版社，2009.[5] 海登.低功耗藍牙開發(fā)權(quán)威指南[M].陳燦峰，劉嘉，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2014.[6] 郁有文，常健，程繼紅.傳感器原理及工程應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013.
第二篇：智能小車設計報告
機器人控制技術(shù)
實驗設計報告書
題
目：基于STC89C52的智能小車的設計 姓
名：李如發(fā) 學
號：073321032 專
業(yè)：電氣工程及其自動化 指導老師：李東京 設計時間：2010年 6 月
目
錄
1.引 言..............................................1 1.1.設計意義......................................1 1.2.系統(tǒng)功能要求..................................1 1.3.本組成員所做的工作............................1 2.方案設計...........................................1 3.硬件設計...........................................2 4.軟件設計...........................................7 5.系統(tǒng)調(diào)試...........................................7 6.設計總結(jié)...........................................8 7.附 錄A；源程序.....................................8 8.附 錄B；作品實物圖片...............................10 9.參考文獻..........................................11
16×16點陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設計
單片機原理及應用課程設計
基于STC89C52的智能小車的設計
1.引 言
1.1.設計意義
本智能小車的設計，首先針對大學所有學習的知識是一個很好的回顧和總結(jié)。此智能小車是基于單片機所設計的，具有自動尋跡能力，在實際的很多方面有應用。當我們進一步的改進機器人系統(tǒng)時，可實現(xiàn)更重要的功能，如可設計出自動撲火機器人等。1.2.系統(tǒng)功能要求
此智能小車是基于STC89C52設計的具有自動尋跡能力的小車。系統(tǒng)可實現(xiàn)跟隨黑色引導線行走的能力，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現(xiàn)實時監(jiān)測。小車在行駛過程中并能實現(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。
李如發(fā)：驅(qū)動 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.方案設計
智能小車主要分為傳感器部分，最小系統(tǒng)部分，電機驅(qū)動部分，電源部分。根據(jù)功能要求，提出合理的設計方案，畫出方案方框圖，并對系統(tǒng)工作原理進行闡述。
原理，本系統(tǒng)的重要部分是傳感器，它對整個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，單片機根據(jù)收到的信號實時的控制小車的方向?？刂菩≤嚨姆较蛑饕沁\用pwm原理來控制電機的平均電壓，從而來控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)小車對黑線的實時跟蹤。
3.硬件設計
硬件設計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。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，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)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，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。
傳感器是整個系統(tǒng)的眼睛，這部分主要運用紅外線傳感器采集信號送給單片機處理。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，從而當傳感器在不同的地方產(chǎn)生不同的信號，傳送個單片機。單片機根據(jù)采集的信號做出實時的處理。
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最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的心臟，我們采用的是AT89C52芯片。
80C52單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個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、定時器/計數(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)動模塊
方案1：采用專用芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流
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電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。
方案2：對于直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。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)和電機驅(qū)動部分的電壓幅值不一樣，而且電機是感性負載，在制動時可能反饋電流，因此要在最小系統(tǒng)和驅(qū)動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)動繼電器、線圈、直流電動機、步進電動機等電感性負載。它的驅(qū)動電壓可達46V，直流電流總和可達4A。其內(nèi)部具有2個完全相同的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腳為電機驅(qū)動電源，本系統(tǒng)中為40V，第5，7，10，12腳輸入標準TTL邏輯電平，用來控制H橋的開和關(guān)，16×16點陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設計
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第6，II腳則為使能控制端。當Vs=40V時，最高輸出電壓可達35V，連續(xù)電流可達2A。
L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動兩臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。電動 機的轉(zhuǎn)速由單片機調(diào)節(jié)PWM信號的占空比來實現(xiàn)。
L298驅(qū)動電路圖
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PWM調(diào)速器的硬件組成
在整個PWM調(diào)速器中，CPU既是運算處理中心，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，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)成真正的單片機最小應用系統(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，電壓達到15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(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給直流電機供電，經(jīng)過7812的電壓變換后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價格過于昂貴，使用鋰電池會大大超出我們的預算，因此，我們放棄了這種方案。
方案3：采用12V蓄電池為直流電機供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便，但由于我們的車體設計時留出了足夠的空間，并且蓄電池的價格比較低。因此我們選擇了此方案。下:
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4.軟件設計
程序流程圖
5.系統(tǒng)調(diào)試
本系統(tǒng)的設計是首先完成每一小部分的設計，因此我們在沒完成一個模塊時就回檢測調(diào)試該模塊。在初次調(diào)試時我們采用的電源是又單片機開發(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，由于對本設計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)動模塊的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當光耦芯片給定信號時對lm298的輸出沒有反應。我們在檢驗時發(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，我們將傳感器導通，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.設計總結(jié)
本文是關(guān)于基于單片機的智能小車的設計，在共同的努力下，各部分的設計均成功，在調(diào)試過程中都無誤。本次設計最終實現(xiàn)了直流電機的動態(tài)調(diào)壓，電源正常輸出供電，數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù)，蜂鳴器播放美妙的音樂，小車實現(xiàn)簡單的轉(zhuǎn)彎功能。由于本次設計中尚存在些缺陷和對尋跡程序編寫困難，實現(xiàn)的功能不是很完美，但要求的所有功能基本實現(xiàn)。
本次設計中，從中的體會很多
1、本次的設計可以說設計到大學所學到的所有專業(yè)知識，是對大學所學知識的一個整體的回顧。
2、在設計中，不能一氣呵成，因為所有的電路圖都是自己設計的，圖中尚存在不足，所以要反復的琢磨和修改。
3、設計中要注意對每焊完一部分，都要獨立的進行檢查調(diào)試，及時的發(fā)現(xiàn)錯誤，及時的修改
4、本次最重要的收獲是從中我們看到了團隊合作的重要性，任何事都不是一個人所能完成的，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 sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左邊電機 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 {
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;
//左邊的電機停止轉(zhuǎn)動，右邊的電機轉(zhuǎn)動，這樣就實現(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;
//右邊的電機停止轉(zhuǎn)動，左邊的電機轉(zhuǎn)動，這樣就實現(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
//左右兩個電機同時啟動，直線前進
{
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；作品實物圖片
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9.參考文獻
[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.單片機原理及其嵌入式應用教程[M].北京希望電子出版社，2002.[3] 張毅剛.單片機原理及應用.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：智能小車設計報告
智能小車設計報告
魏旭峰、孔凡明、陳夢洋
(河北科技大學 電氣信息學院)摘要:
AT89S52單片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。該設計是結(jié)合科研項目而確定的設計類課題。本系統(tǒng)以設計題目的要求為目的，采用89S52單片機為控制核心，利用紅外線傳感器檢測道路上的黑線，控制電動小汽車的自動尋路，快慢速行駛。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實驗測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設計方法及測試結(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； 傳感器的有效應用； 1602液晶顯示的應用;
關(guān)鍵詞: 89S52單片機、光電檢測器、PWM調(diào)速、電動小車
第一章 方案設計與論證
一 供電系統(tǒng)
二 光電檢測系統(tǒng)
三 單片機最小應用系統(tǒng)設計
四 液晶顯示1602的應用
五 電機驅(qū)動
第二章 軟件設計
第二章 方案設計與論證
根據(jù)要求,小車應在規(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)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實現(xiàn)對電動車的位置的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的轉(zhuǎn)向和速度的智能控制.這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。
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電壓為舵機供電.而電機則由單片機來控制,當單片機輸出的電壓不同時,電機的轉(zhuǎn)速不同,以此來達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,當對管正下方為白色跑道時,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通,兩端電壓為零,當對管正下方為黑色線時,黑線將吸收紅外線,接收管因接收不到紅外線而無法導通,兩端電壓為+4V左右,將接收管端電壓與一個給定電壓經(jīng)LM324比較后輸出0和+5V兩固定個值,當對管正下方為白色時輸出+5V電壓,當對管正下方為黑線時輸出0V,輸出的電壓交給單片機,以此來確定黑線的位置.電路如圖:
三 單片機最小應用系統(tǒng)設計
89S52單片機是本系統(tǒng)的核心所在,自動尋跡和調(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,單片機根據(jù)電壓的高低來判斷黑線位置，進而調(diào)整速度和方向，電路如下：
四 舵機的應用
舵機是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，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，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達。
其工作原理是：單片機放的控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，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，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。
舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，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 電機驅(qū)動
電機驅(qū)動電路是根據(jù)單片機的控制型號來控制電機的轉(zhuǎn)動的，電路如下：
第二章 軟件設計 #include
#define uchar unsigned char//宏定義 uchar duoj,dianj,time0=0,time1=0,L=0,e=30;void timer0()interrupt 1 //定時器零 控制舵機 { 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 ///定時器一 控制電機 { 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
{
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//
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//L5
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//l4
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}
while(P1==0xff)當檢測不到信號時保持最后的狀態(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：智能小車設計文獻綜述
智能小車設計文獻綜述
智能小車設計文獻綜述
摘要：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，智能技術(shù)廣泛運用于各種領(lǐng)域，智能小車不僅在工業(yè)智能化上得到廣泛的應用，而且運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)達國家但是也取得了一系列的成果。隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制將有廣闊的發(fā)展空間。本設計的智能小車利用紅外對管檢測黑線與障礙物，并以單片機為控制芯片控制電動小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)自動循跡避障的功能。并對智能小車研究現(xiàn)狀以及未來的應用與發(fā)展前景做一個全方面的介紹。關(guān)鍵詞:智能技術(shù)，自動循跡，避障 前言
隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機、DVD、洗衣機、汽車等消費類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機電一體化、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，他可以按照預先設定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。智能小車，也稱輪式機器人，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、計算機、機械等多科學的科技創(chuàng)意性設計，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,使小車能自動地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導線行駛[1]。智能小車運用直流電機對小車進行速度和正反方向的運動控制，運用直流電機對小車進行速度和正反方向的運動控制，通過單片機來控制直流電機的工作，從而實現(xiàn)對整個小車系統(tǒng)的運動控制。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50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個階段[2][3][4]：
第一階段，20世紀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車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統(tǒng)只是一個運行在固定線路上的拖車式運貨平臺，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輸?shù)淖詣踊?，應用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸。隨著計算機的應用和傳感
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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，普羅米修斯項目于1986年開始了在這個領(lǐng)域的探索。在美洲，美國于1995年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進智能車輛技術(shù)進入實用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛研究會，主要目的是研究自動車輛導航的方法，促進日本智能車輛技術(shù)的整體進步。進入80年代中期，設計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（Carnegie Mellon University）機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前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。在世界科學界和工業(yè)設計界中，眾多的研究機構(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的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進行了展示，該車可以自動停車、行進，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)在工廠貨物的運輸。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導航參照物，并利用一個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)將貨物從鹿特丹運往各地。
日本大阪大學的研究，大阪大學的Shirai實驗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，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學、奔馳公司、美國麻省理工學院、韓國理工大學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80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對某個單項技術(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）中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院與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170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。
（2）南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等多所院校聯(lián)合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導定位等傳感器。計算機系統(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單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。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，其直線跟蹤速度達到20km/h，避障速度達到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行智能交通系統(tǒng)ITS（Intelligent Transport System）關(guān)鍵技術(shù)、設備的研究。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。
目前學術(shù)界對智能小車的研究也很多，桂林理工大學黃建能等[2]設計的無線遙控小車，其由四部分組成：主控模塊、無線通信模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機作為處理器；無線通信模塊采用芯片 PT2262和 PT2272實現(xiàn)無線收發(fā)；用內(nèi)置兩個H橋的 L298芯片驅(qū)動直流電機實現(xiàn)對小車的控制，實現(xiàn)前進、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及加速、減速的動作。整個無線遙控小車系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡單等優(yōu)點，并具有一定的可擴展性。
于連國、李偉等[6]設計了自動往返的智能電動車，其采用 STC89C51 單片機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，能夠使小車在各區(qū)域均能按預定的速度行駛。
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葛廣軍,楊帆[7]設計了一種能夠自動循跡的智能小車。該智能小車的控制系統(tǒng)以單片機MC912DG128為核心,由路徑識別、車速檢測、舵機控制、直流電機、電機驅(qū)動芯片LMD18200和電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7525等模塊組成，并詳細闡述了控制系統(tǒng)的組成原理和軟硬件設計。實驗的結(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。
董濤,劉進英等[8]設計并制作了一種具有紅外遙控、自動避障、智能尋徑等功能的智能小車，該車以玩具小車為車體,直流電機及其控制電路為整個系統(tǒng)的驅(qū)動部分，STC89C52單片機為整個系統(tǒng)的控制核心,采用IRM-2638紅外一體接收頭接收控制信號實現(xiàn)對小車的遙控,加以多種傳感器以實現(xiàn)小車的自動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，以便實時觀察小車狀態(tài)。該小車工作穩(wěn)定，還可用于各種機器人比賽。
姜寶華、齊強等[9]基于STC89C52RC單片機設計了一種遙控智能小車。小車具有自動、遙控兩種模式。該小車在遙控模式下小車可在1公里范圍遙控到達指定位置，并在手持設備上顯示小車位置坐標；自動模式下在封閉環(huán)境輸入任意坐標，小車可自動運行到該位置。
可以預計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。我們要結(jié)合我國國情，在某一方面或某些方面，對智能車進行深入細致的研究，為它今后的發(fā)展及實際應用打下堅實的基礎(chǔ)。智能小車設計構(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)的一個重要組成部分。本次設計對智能小車的控制系統(tǒng)進行了研究，設計實現(xiàn)一個基于路徑規(guī)劃處理的智能小車控制系統(tǒng)，實現(xiàn)智能小車最基本的兩個功能：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可以實現(xiàn)各種復雜的 邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。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。但本設計不需要復雜的邏輯功能，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)濟角度考慮我放棄了此方案。
方案2：采用51單片機作為整個系統(tǒng)的核心[7]，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而
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在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。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 電機驅(qū)動模塊
方案1：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。
方案2：采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(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。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 H型橋式電路。用單片機控制達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)整電動機轉(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，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，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。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。
綜合考慮，本設計選擇了方案三。
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，而且容易因為該部件造成整個系統(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)，當小車脫離軌道時，即當置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑
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線后，做出相應的轉(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）再恢復正向行駛。現(xiàn)場實測表明，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，本設計選擇方案二。
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。
方案2：采用二只紅外對管分別置于小車的前端兩側(cè)，方向與小車前進方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準確的判別和及時反應。
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現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。
綜合考慮，本設計選擇方案二。設計原理簡述
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，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(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。
當小車在白色地面行駛時，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通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，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I/O口，當I/O口檢測到的信號為高電平時，表明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，表明小車處在黑色的引導線上；同理，當I/O口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。
循跡流程框圖如圖4.1所示。
智能小車設計文獻綜述
開始前進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，因為傳播距離越遠而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達傳感器接收頭。傳感器檢測到這一信號，就可以確認正前方有障礙物，并送給單片機，單片機進行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，完成一個漂亮的躲避障礙物動作傳。
躍遷到導帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子—空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低。當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-空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，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)、智能控制等學科，智能控制技術(shù)是一門跨科學的綜合性技術(shù)，當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領(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，它可以按照預先設定的模塊在一個特定的環(huán)境里自動的運行，可運用于科學勘探等用途，無需人為的管理，便可以完成預期所要達到的或更高的目標。智能機器人正在代替人們完成這些任務，凡不宜有人直接承擔的任務，均可由智能機器人代替，可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段，人類無法介入等特殊情況下的任務，智能小車就是其中的一個體現(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行實時視頻監(jiān)控采集，通過無線傳給遠端的主機，主機可以發(fā)送命令給小車，執(zhí)行相應的動作等等。還可以擴展其他的模塊。就可以廣泛的應用于科學研究、地質(zhì)勘探、危險搜索、智能救援等。
智能小車設計文獻綜述
參考文獻
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第五篇：電磁智能小車設計報告
標題：電磁感應智能電動車
摘要:本系統(tǒng)以AVR單片機MEGAl6為核心器件，實現(xiàn)對驅(qū)動電路的控制，使電動小車自動行駛。利用電磁原理，在車模前上方水平方向固定兩個相距為L的電感，通過比較兩個電感中產(chǎn)生的感應電動勢大小即可判斷小車相對于導線的位置，進而做出調(diào)整，引導小車大致循線行駛。用PWM技術(shù)控制小車的直流電動機轉(zhuǎn)動，完成小車位置、速度、時間等的控制。利用干簧管來檢測跑道的起始和終點位置從而完成小車的起步及停車。
系統(tǒng)總體設計：
AVR單片機MEGAl6（該芯片能夠不需要外圍晶振和復位電路而獨立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。）為核心，由單片機模塊、路徑識別模塊、直流電機驅(qū)動模塊、舵機驅(qū)動模塊等組成，如下圖所示。基于電磁感應的智能尋跡車模系統(tǒng)以
直流電動機為車輛的驅(qū)動裝置，轉(zhuǎn)向電動機用于控制車輛行駛方向。智能尋跡車模利用電磁感應在跑道上自主尋跡前進，轉(zhuǎn)向。
單片機模塊(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位電路而獨立工作，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相距為L的電感。左邊的線圈的坐標為（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，所以在計算磁場強度的時候我們僅僅考慮坐標(x,y)。由于線圈的軸線是水平的，所以感應電動勢反映了磁場的水平分量。計算感應電動勢：
圖 1 線圈中感應電動勢與它距導線水平位置x 的函數(shù)
如果只使用一個線圈，感應電動勢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 的兩個感應線圈，計算兩個線圈感應電動勢的差值：
對于直導線，當裝有小車的中軸線對稱的兩個線圈的小車沿其直線行駛，即兩個線圈的位置關(guān)于導線對稱時，則兩個線圈中感應出來的電動勢大小應相同、且方向亦相同。若小車偏離直導線，即兩個線圈關(guān)于導線不對稱時，則通過兩個線圈的磁通量是不一樣的。這時，距離導線較近的線圈中感應出的電動勢應大于距離導線較遠的那個線圈中的。根據(jù)這兩個不對稱的信號的差值，即可調(diào)整小車的方向，引導其沿直線行駛。
對于弧形導線，即路徑的轉(zhuǎn)彎處，由于弧線兩側(cè)的磁力線密度不同，則當載有線圈的小車行駛至此處時，兩邊的線圈感應出的電動勢是不同的。具體的就是，弧線內(nèi)側(cè)線圈的感應電動勢大于弧線外側(cè)線圈的，據(jù)此信號可以引導小車拐彎。
另外，當小車駛離導線偏遠致使兩個線圈處于導線的一側(cè)時，兩個線圈中感應電動勢也是不平衡的。距離導線較近的線圈中感應出的電動勢大于距離導線較遠的線圈。由此，可以引導小車重新回到導線上。
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)生的感應電動勢方向相同，所以由以上分析，比較兩個線圈中產(chǎn)生的感應電動勢大小即可判斷小車相對于導線的位置，進而做出調(diào)整，引導小車大致循線行駛。
驅(qū)動模塊：
簡易智能小車有兩個電動機。其中一個小電動機控制前輪轉(zhuǎn)向，給電動機加正反向電壓，實現(xiàn)前輪的左右轉(zhuǎn)向；另一電動機控制后輪驅(qū)動力?？刂妻D(zhuǎn)向電動機需要較小的驅(qū)動力，經(jīng)過實驗，選L293作為驅(qū)動芯片；由于后輪驅(qū)動功率較大，所以選用L298N，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)小車行使過程中負載較大，導致L298N發(fā)熱較大，故給芯片添加散熱片以保護芯片正常工作。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進行脈寬調(diào)速。
具體設計方案：
本設計使用一普通玩具小車作為車模，采用P W M 信號驅(qū)動，當PWM信號脈寬處于(1ms,1.5ms)區(qū)間時舵機控制小車向左行駛，脈寬處于(1.5ms,2ms)時小車向右行駛，脈寬約為1.5ms時小車沿直線行駛。本方案使用兩個10mH的電感置于車模頭部作為確定小車位置的傳感器。然后，設計了一個模擬電路，采集、調(diào)理、放大由電感得到的電動勢信號。具體電路如圖2所示。
該電路采用電壓并聯(lián)負反饋電路，電感信號從PL進入?？紤]到單獨電感感應出的電動勢很小，本設計使用電感和電容諧振放大感應電動勢。由于使用的是10mH的電感，導線中電流頻率為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，便于三極管進行放大。整個電路的具體放大倍數(shù)需要根據(jù)實際負載進行計算。本設計的小車控制電路如圖3所示。
首先，把由兩個電感得到的感應電動勢經(jīng)調(diào)理、放大后得到的電壓輸出u1和u2送入由運放組成的減法器中進行減法運算，然后再經(jīng)由運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行計算：
后一級電路由兩個555定時器組成，其中下方的555構(gòu)成一個占空比非常接近于1的脈沖發(fā)生器，作為上方555的觸發(fā)脈沖。因為此觸發(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)電路正常運行。該脈沖信號頻率為：
上方的555定時器構(gòu)成一個單穩(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V1較大時，即兩個電感線圈中的感應電動勢相差較大時，亦即小車偏離導線向左行駛時，則脈寬較大，舵機將控制小車向右行駛；當V1適中時，接近，即小車沿導線行駛時，則脈寬接近1.5ms，小車按直線行駛；當V1較小時，即小車偏離導線向右行駛時，則脈寬較小，舵機將控制小車向左行駛。從而，控制小車大致循著導線行駛。另外，改變構(gòu)成減法器的電阻的值，可以調(diào)整小車反應的靈敏度，進而防止出現(xiàn)小車以導線為中軸線左右搖擺的現(xiàn)象。
補充說明：跑道上的起始位置及終點位置用干簧管來檢測。
程序設計流程圖：
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