第一篇：智能小車設(shè)計實驗指導(dǎo)書
智 能 小 車 設(shè) 計
實 驗 指 導(dǎo)
王 恒 編
2011年4月
書
目錄
目錄.....................................................................................................I 實驗階段一
智能小車路徑規(guī)劃.......................................................1 實驗階段二
智能小車環(huán)境感知與控制...........................................6 實驗階段三
智能小車行為控制.....................................................12 附錄: 庫函數(shù)......................................................................................17
I 實驗階段一
智能小車路徑規(guī)劃
一．實驗?zāi)康?/p>
1．熟悉智能小車的硬件開發(fā)平臺與軟件開發(fā)環(huán)境。2．掌握智能小車路徑規(guī)劃程序設(shè)計。
二．實驗內(nèi)容
1．熟悉智能小車硬件設(shè)計。
2.學(xué)習(xí)智能小車的軟件使用方法，學(xué)會軟件的編寫、調(diào)試與下載。3.編寫第一個智能小車程序。4.編寫智能小車移動程序。
5.編寫復(fù)雜的智能小車路徑規(guī)劃程序。
三、實驗設(shè)備及工具
硬件：能力風(fēng)暴AS-UII開發(fā)平臺，程序下載線。
軟件：PC 機操作系統(tǒng)Win2000 或WinXP、VJC開發(fā)平臺。
四、實驗原理與步驟
智能小車實驗平臺配備有5種傳感器，對環(huán)境的感知能力很強。執(zhí)行器配備有二只高性能直流電機、一只喇叭和一只2*16 字符的液晶顯示器。整個小車通過Motorola 公司8位單片機來進行控制。智能小車的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示：
2、讓智能小車動起來
下面我們就嘗試著讓智能小車動起來。
在VJC1.5 開發(fā)版執(zhí)行器模塊庫中有一專門控制智能小車“移動”的模塊，這里我們就用
它來編寫一個智能小車直線行走的程序。要求：先讓智能小車以速度100 前進3 秒，再讓智能小車 以速度-60 后退5 秒，再在原地以功率80 旋轉(zhuǎn)1 秒。（如圖4-2 所示）
示范操作步驟如下：
2.1 在 VJC1.5 開發(fā)版窗口中編寫流程圖
a)編寫流程圖：用鼠標(biāo)將“執(zhí)行器模塊庫”中的“移動”模塊移到流程圖生成區(qū)并與 主程序模塊連接上；
b)設(shè)置時，右擊“移動”流程圖模塊，在彈出框中輸入移動速度為 100、時間為3； c)再用鼠標(biāo)將“執(zhí)行器模塊庫”中的“移動”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接； d)在流程圖的末端位置；
e)設(shè)置第二個“移動”流程圖模塊，點擊右鍵在彈出框中輸入移動速度為-60、時間 為5；
f)再將“執(zhí)行器模塊庫”中的“轉(zhuǎn)向”模塊連接到程序中，點擊右鍵進入設(shè)置對話框，分別設(shè)置速率和時間為：80 和1
g)再將“程序模塊庫”中的“任務(wù)結(jié)束”移入到流程圖生成區(qū)并連接在程序的末尾。
drive(0,60);wait(0.2);} stop();} 能力風(fēng)暴逆時針走約一米見方的正方形路徑。其中wait(0.2)是能力風(fēng)暴轉(zhuǎn)90度彎所需要的 時間。該值和轉(zhuǎn)彎速度以及能力風(fēng)暴的電機有關(guān)，需要實際調(diào)整，此外地面的摩擦力也有影 響。利用wait()函數(shù)是控制電機工作的常用方法。
五、實驗考核
編寫智能小車程序，實現(xiàn)下列連續(xù)的路徑規(guī)劃：（1）智能小車走兩遍1.5米直徑的圓；
（2）原地停止1秒后，智能小車走三遍等邊三角形（或等腰直角三角形）；
（3）再次原地停止1秒后，智能小車走一遍8字形。（或9字形、D字母型、B字母型等，每組的考核指標(biāo)由指導(dǎo)老師隨機抽選）。
我們也可以點擊“工具欄”中的“編輯JC 程序代碼”按鈕，切換到JC 代碼界面，對 JC 代碼進行修改。
1.2 保存程序
點擊工具欄中的“保存”按鈕，文件名輸入：感光，按“確定”。此時，“感光.flw” 流程圖程序文件已被保存。
1.3 程序下載
此時，能力風(fēng)暴要處于開機狀態(tài)，并串口連接線已與計算機連接。點擊“工具”中的“下 載當(dāng)前程序”按鈕，就會出現(xiàn)下載對話框，等待出現(xiàn)“下載成功！”字樣，說明程序已經(jīng)下 載到能力風(fēng)暴里了。
1.4 運行程序
將串口連接線取下，將智能小車帶到安全的地方，按智能小車身上的“運行”鍵，在智能小車 的LCD 上就會顯示出外界光線的平均值。
2、JC 程序的基本程序結(jié)構(gòu)
下面是JC 程序中最常見的一種程序模式。
while(1)/*循環(huán)檢測*/ { ir=ir_detector();/*對環(huán)境采樣*/ if(ir>0)/*條件判斷*/ { 語句1;/*做相應(yīng)的處理*/ 語句2;} else {
試窗口一行編輯框中輸入如下程序塊：
{while(1){printf(“bump=%dn”,bumper());wait(0.1);}} 按回車，JC 能立即編譯這一段程序并下載運行，LCD 上顯示： bump=0（表示此時沒有碰撞）
按左前碰撞環(huán)，LCD 上顯示：bump=5。在其他方向施加碰撞，顯示的值將不同。各個方 向發(fā)生碰撞時返回值對應(yīng)關(guān)系如下：
無0,左前1，右前2，左后4，右后8
下面結(jié)合智能小車“臺球”程序來學(xué)習(xí)碰撞傳感器的使用。
void main(){ int bill_trans=0;int bill_rot=0;int bmpr=0;while(1)/*無限循環(huán)檢測*/ { bmpr=bumper();/*檢測碰撞傳感器*/ if(bmpr!=0){ if(bmpr==0b0011)/*正前方發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=-80;/*后退*/ bill_rot=0;} else if(bmpr==0b1100)/*正后方發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=80;/*前進*/ bill_rot=0;} else if(bmpr & 0b0101)/*左側(cè)發(fā)生碰撞*/ { 51 bill_trans=0;bill_rot=-80;drive(bill_trans,bill_rot);wait(0.5);/*順時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80;/*前進*/ bill_rot=0;} else if(bmpr & 0b1010)/*右側(cè)發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=0;bill_rot=80;drive(bill_trans,bill_rot);wait(0.5);/*逆時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80;/*前進*/
void main(){ int ir;while(1){ ir=ir_detector();if(ir!=0)/*判斷有否障礙*/ { motor(-80,-40);/*執(zhí)行語句，即倒退0.5秒*/ wait(0.5);} 26 motor(100,0);/*前進*/ } } 運行此程序可知當(dāng)前方有障礙時，能力風(fēng)暴智能智能小車有反應(yīng)。
五、實驗考核
編寫智能小車跟隨前方物體的程序，實現(xiàn)下列要求：
智能小車可以跟隨前方移動的人或物；如果撞上前方的物體，就停一停；如果前方紅外系統(tǒng)探測范圍內(nèi)沒有物體，它就停下來。
六、思考題
1、實驗中碰到哪些故障或問題？解決方法是怎樣的？將實驗中碰到的問題及解決方法寫入實驗報告中。
2、如果要對智能小車雙輪的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)帶反饋的控制，需要在硬件上添加什么部件？為什么？
1bill_rot=0;} else if(bmpr & 0b0101)/*左側(cè)發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=0;bill_rot=-80;wait(0.5);/*順時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80;/*前進*/ bill_rot=0;} else if(bmpr & 0b1010)/*右側(cè)發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=0;bill_rot=80;wait(0.5);/*逆時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80;/*前進*/ bill_rot=0;} } } 54 } void billiards_drive(){ while(1)drive(bill_trans,bill_rot);/*驅(qū)動電機*/ } void main(){ start_process(billiards_drive());/*創(chuàng)建電機驅(qū)動進程*/ start_process(billiards());/*創(chuàng)建碰撞處理進程*/ } “臺球”改成多進程后，運行的效果沒變，但結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全不一樣了。電機驅(qū)動進程 billiards_drive()專門設(shè)置電機速度，碰撞處理進程billiards()判斷碰撞并改變電機速 度。兩個進程之間通過全局變量bill_trans 和bill_rot 進行通訊。能力風(fēng)暴的操作系統(tǒng)自 動調(diào)度兩個進程，給它們分配時間片。從執(zhí)行效果來講，就相當(dāng)于這兩個進程并列運行。這 樣的結(jié)構(gòu)非常方便增加新的進程，同時處理更多的外部信息。
2、進程間通信
我們給前面的程序增加一個紅外避障進程，改變它的行為，而其它部分不需要做大的變動。改動后的程序如下。
int bill_trans=0;int bill_rot=0;int bmpr=0;int forward=0;
3{ bill_trans=20;bill_rot=80;/*逆時針轉(zhuǎn)*/ } else if(ir==1)/*左側(cè)有障礙，向右繞*/ { bill_trans=20;bill_rot=-80;/*順時針轉(zhuǎn)*/ } else if(ir==0)/*前方?jīng)]有障礙，恢復(fù)直行*/ { bill_trans=80;bill_rot=0;}} wait(0.1);}} 56 } void billiards_drive(){ while(1){ running = bill_trans;/*能力風(fēng)暴正在運動*/ drive(bill_trans,bill_rot);/*驅(qū)動電機*/ } } void main(){ start_process(billiards_drive());/*創(chuàng)建電機驅(qū)動進程*/ start_process(billiards_ir());/*創(chuàng)建避障進程*/ start_process(billiards());/*創(chuàng)建碰撞處理進程*/ } 改動以后的程序增加了避開側(cè)面障礙物的行為。比較一下，增加的代碼除了紅外避障進 程外，就是用于進程之間的通訊。進程間的通訊和同步是多進程編程的難點，不解決好這個 問題，多進程程序可能會產(chǎn)生一些奇怪的行為。在這個程序里，由于碰撞處理進程和紅外避 障進程都要修改設(shè)置電機速度的兩個全局變量（bill_trans,bill_rot），這是進程間發(fā)生沖 突的根源。如果不加以限制，兩個進程同時修改電機速度，必然會出現(xiàn)一片混亂，能力風(fēng)暴 下一步的運動方向?qū)o法預(yù)知。
本程序中把bmpr 改為全局變量，通過bmpr 來劃分兩個進程生效的時間。即發(fā)生碰撞時，只有碰撞處理進程可以修改電機速度；在其他時間里碰撞處理進程只是在不斷檢測碰撞傳感 器，只有紅外避障進程才有可能修改電機速度。我們可以看到，在本程序里碰撞處理進程的 優(yōu)先級高于紅外避障進程。增加的另兩個全局變量是出于紅外避障行為邏輯的需要。全局變 量running 是能力風(fēng)暴開始運動的標(biāo)志，紅外避障進程要等待這一事件發(fā)生后才能起作用。forward 反映能力風(fēng)暴當(dāng)前運動方向，用于避免紅外避障進程在后退時候處理前方障礙。
3、智能小車的行為控制
借助于多進程功能，可以方便實施目前處于研究前沿的行為控制方法。
行為控制的基本思想是建構(gòu)行為能力，而非功能模塊。首先把要設(shè)計機器人的行為特點描述下來，表達成基本的行為構(gòu)成，如要做一只模擬機器飛蛾的智能小車，一邊到處找食物，一邊向較
附錄: 庫函數(shù)
1.執(zhí)行器輸出
void stop()關(guān)閉左右兩個電機，停止運動；
void stop_motor(int m)關(guān)閉電機m，0為所有電機，1為左電機, 2為右電機, 3為擴展電機； void motor(int m, int speed)以功率級別speed(-100到100)啟動電機m(1為左電機, 2為右電機, 3 為擴展電機)；
void drive(int move, int turn)同時設(shè)定兩個電機的速度，move 為平移速度，turn 為旋轉(zhuǎn)速度。
2.傳感器輸入
int photo()光敏傳感器檢測。photo(1)為檢測左光敏, photo(2)為檢測右光敏，返回值為0～ 255的數(shù)字量；
int microphone()聲音傳感器檢測。返回值為0～255的數(shù)字量；
int ir_detector()紅外傳感器檢測。返回值的意義：0=> 沒有障礙, 1=>左邊有障礙, 2=>右邊有 障礙, 4=>前方有障礙；
int bumper()碰撞傳感器檢測。返回值的意義：0=>無碰撞，1=>左前受碰，2=>右前受碰，4=> 左后受碰，8=>右后受碰。
int rotation(int index)光電編碼器脈沖累計讀數(shù)，rotation(1)為檢測左光電編碼器，rotation(2)為 檢測右光電編碼器。
int digitalport(int channel)讀數(shù)字口上傳感器的值。channel的范圍是0~7。返回值：從傳感器數(shù)字硬 件讀到的值為零伏或邏輯零時，返回1；否則返回0 int analogport(int channel)讀模擬口上傳感器的值。channel的范圍是0~7。返回值是0到255間的整數(shù) 值
int encoder(int index)讀取光電編碼器的當(dāng)前狀態(tài)。0為低電平/1為高電平（分別對應(yīng)光柵的通光缺口 /遮光齒）。
3.時間
void wait(float sec)延時等于或稍大于指定的sec時間(秒)后再執(zhí)行后面的語句。sec是一個浮點數(shù) void resettime()將系統(tǒng)時間復(fù)位清零
float seconds()以秒的形式返回系統(tǒng)時間，它是一個浮點數(shù)，精度為0.001秒
4.聲音
void beep()產(chǎn)生一段0.3秒500赫茲的音頻信號。發(fā)聲結(jié)束后返回。
void tone(float frequency, float length)產(chǎn)生一個length秒長音調(diào)為frequency赫茲的音頻信號。
5.電池
int battery()檢測電池電量，返回值為0～255的數(shù)字量；
6.其他函數(shù)
void asosreset()軟件復(fù)位函數(shù)。與按下能力風(fēng)暴的復(fù)位開關(guān)的效果一樣，ASOS操作系統(tǒng)重啟動，程序停止運行。
int runbutton()讀運行鍵狀態(tài)。運行鍵在能力風(fēng)暴智能智能小車的頭頂上，可以在程序中使用該 按鈕。返回值：0沒按，1按下 int abs(int val)取整數(shù)val的絕對值 int max(int x, int y)求兩個整數(shù)的最大值 int min(int a, int b)求兩個整數(shù)的最小值 float rand()返回0~1之間的隨機浮點數(shù)
int random(int scale)返回0~scale之間的隨機整數(shù)
第二篇：智能小車設(shè)計報告
機器人控制技術(shù)
實驗設(shè)計報告書
題
目：基于STC89C52的智能小車的設(shè)計 姓
名：李如發(fā) 學(xué)
號：073321032 專
業(yè)：電氣工程及其自動化 指導(dǎo)老師：李東京 設(shè)計時間：2010年 6 月
目
錄
1.引 言..............................................1 1.1.設(shè)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(shè)計...........................................1 3.硬件設(shè)計...........................................2 4.軟件設(shè)計...........................................7 5.系統(tǒng)調(diào)試...........................................7 6.設(shè)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(shè)計
單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
基于STC89C52的智能小車的設(shè)計
1.引 言
1.1.設(shè)計意義
本智能小車的設(shè)計，首先針對大學(xué)所有學(xué)習(xí)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(shè)計的，具有自動尋跡能力，在實際的很多方面有應(yīng)用。當(dāng)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(shè)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(shè)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(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(shè)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(shè)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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單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
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(shè)計
硬件設(shè)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(dāng)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(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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(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)和電機驅(qū)動部分的電壓幅值不一樣，而且電機是感性負(fù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計
單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
第6，II腳則為使能控制端。當(dāng)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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單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
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(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(fù)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(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(shè)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:
16×16點陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計
單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
4.軟件設(shè)計
程序流程圖
5.系統(tǒng)調(diào)試
本系統(tǒng)的設(shè)計是首先完成每一小部分的設(shè)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(shè)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(dāng)光耦芯片給定信號時對lm298的輸出沒有反應(yīng)。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
16×16點陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計
單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
塊調(diào)試傳感器時，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)計總結(jié)
本文是關(guān)于基于單片機的智能小車的設(shè)計，在共同的努力下，各部分的設(shè)計均成功，在調(diào)試過程中都無誤。本次設(shè)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(shè)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(shè)計中，從中的體會很多
1、本次的設(shè)計可以說設(shè)計到大學(xué)所學(xué)到的所有專業(yè)知識，是對大學(xué)所學(xué)知識的一個整體的回顧。
2、在設(shè)計中，不能一氣呵成，因為所有的電路圖都是自己設(shè)計的，圖中尚存在不足，所以要反復(fù)的琢磨和修改。
3、設(shè)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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單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
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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單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
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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單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計
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(yīng)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(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)計報告
智能小車設(shè)計報告
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(shè)計是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題。本系統(tǒng)以設(shè)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(shè)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(yīng)用； 1602液晶顯示的應(yīng)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(shè)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(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
四 液晶顯示1602的應(yīng)用
五 電機驅(qū)動
第二章 軟件設(shè)計
第二章 方案設(shè)計與論證
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(dāng)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(dāng)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(dǎo)通,兩端電壓為零,當(dāng)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(dǎo)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(dāng)對管正下方為白色時輸出+5V電壓,當(dāng)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(yīng)用系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(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)輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)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(shè)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
{
while(1)
{
if(P1==0xff){duoj=8;dianj=55;break;} 全白時緩進
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：智能小車的自動尋跡實驗
智能小車的自動尋跡實驗
【實驗?zāi)康摹?熟悉光敏電阻的性質(zhì) 熟悉ICCAVR 編譯環(huán)境
進一步熟悉單片機各端口的特性和作用 能夠編寫程序，利用光敏電阻的性質(zhì)對小車進行控制
【實驗器材】
小車一輛 導(dǎo)線五根 下載線一根
【實驗原理】
（一）光敏電阻
當(dāng)光照射在物體上，物體內(nèi)部的原子釋放出電子并不逸出物體表面，而仍留在內(nèi)部，使 物體的電阻率1/R 發(fā)生變化的效應(yīng)稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻是一種光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體器 件。由于光敏電阻沒有極性，工作是可加直流偏壓或交流電壓。當(dāng)無光照時，光敏電阻的阻 值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當(dāng)它受到一定波長范圍的光照射時，其阻值（亮電阻）
急劇減小，電路中電流迅速增加，用電流表可以測量出電流。
本實驗所采用的光敏電阻是硫化鎘光敏電阻，下圖是硫化鎘光敏電阻的光照特
光敏電阻的檢測
1． 用黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不動，阻值接近無窮 大。此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損
壞，不能再繼續(xù)使用。
2． 用一光源對準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動，阻值明顯 減小。此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開
路損壞，也不能再繼續(xù)使用。
3． 將光敏電阻透光窗口對準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間 斷受光，此時萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動而左右擺動。如果萬用表指針始終停在某一
位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。
（二）Atmega8515的端口特性
由于本實驗主要用到I/O輸入輸出的PA端口，因此主要介紹PA端口的特性。端口 A(PA7..PA0)端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱 的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外 部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。作為通用數(shù)字I/O使用時，所有AVRI/O端口都具有真正的讀-修改-寫功能。這意味著用 SBI或CBI指令改變某些管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)時不會無意地改 變其他管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)。輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動能 力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動LED。所有的端口引腳都具有與電壓無關(guān)的上拉電阻。
并有保護二極管與VCC和地相連。
每個端口都有三個I/O存儲器地址：數(shù)據(jù)寄存器–PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器–DDRx和端 口輸入引腳–PINx。數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器為讀/寫寄存器，而端口輸入引腳為只讀 寄存器。當(dāng)寄存器SFIOR 的上拉禁止位PUD置位時所有端口的全部引腳的上拉電阻都被禁 止。不論如何配置DDxn，都可以通過讀取PINxn寄存器來獲得引腳電平。PINxn寄存器的各 個位與其前面的鎖存器組成了一個同步器。這樣就可以避免在內(nèi)部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短
時間范圍內(nèi)由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定。
本實驗主要應(yīng)用PA端口的輸入引腳PINA。因此當(dāng)我們把與光敏電阻的輸出電壓相連的 五個數(shù)據(jù)線連接到PA端口時可以通過讀取寄存器PINAx來獲得光探測裝置輸出的電平，在 AVR中PA端口的反轉(zhuǎn)電壓是2.1V為高電平。即當(dāng)外部輸入電壓高于2.1V時，PINAx讀取的輸 入邏輯電平值為“1”，當(dāng)外部輸入電壓低于2.1V時，PINAx讀取的輸入邏輯電平值為“0”。
根據(jù)PINA寄存器放置的五個數(shù)據(jù)來判斷小車的走向。
（三）本實驗實現(xiàn)原理
當(dāng)電路接通電源時，由小車主板的穩(wěn)壓電源電路穩(wěn)定輸出5 伏電壓為小車下部的光探測 電路提供電源使二極管發(fā)光，當(dāng)路面是白色時，二極管發(fā)出的光大部分被反射，光敏電阻就 接收到比較強的光照射，阻值變小，流過光敏電阻的電流變大。由于電阻的分壓作用，使得 光敏電阻的輸出電壓較小，約為1.5V 左右。當(dāng)路面是黑色時，由于黑色對光有吸收作用，使得二極管發(fā)出的光大部分被吸收，只有小部分被反射，光敏電阻接收到的光照就比較小，阻值變大，流過光敏電阻的電流變小，光敏電阻的輸出電壓變大,約為2.5V 左右。共有五個 光敏電阻也就是有五個數(shù)據(jù)輸出。這五個信號通過數(shù)據(jù)線與單片機的PA 口相連，最左邊的
電阻連接PA 口的最低位PA0,依次類推,一直連到PA4 口。
【實驗步驟】
（1）連接好電路，把導(dǎo)線，下載線連接好，打開電源
（2）進入ICCAVR 編譯環(huán)境，編寫并調(diào)試程序直至沒有錯誤，編譯環(huán)境簡介請參見
附錄一
（3）下載，燒錄進單片機，看實驗結(jié)果（4）反復(fù)修改調(diào)試程序，逐漸增強其功能（5）寫好實驗報告，實驗心得體會
【實驗電路】 小車的硬件連接圖
小車輪子的驅(qū)動詳見實驗一
【程序示例】
由于在實驗中黑線的寬度不同，尋跡中所用到的光敏電阻的部位也不同。下面程序的
例子是黑線的寬度只能覆蓋一個光敏電阻時對小車的驅(qū)動程序
#include
#include
unsigned char t;//******************系統(tǒng)自動生成的初始化程序**********************
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;DDRA = 0x00;PORTB = 0x00;DDRB = 0x00;PORTC = 0x00;DDRC = 0x00;PORTD = 0x00;DDRD = 0xFF;PORTE = 0x00;DDRE = 0x04;
} //call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI();//disable all interrupts
port_init();MCUCR = 0x00;EMCUCR = 0x00;GICR = 0x00;TIMSK = 0x00;
SEI();//re-enable interrupts //all peripherals are now initialized
} //****************小車前進的子程序*********************
void runforth(void)
{
PORTE=0x04;PORTD=0x70;
} //*****************小車左轉(zhuǎn)的子程序*********************
void zuozhuan(void)
{
PORTE=0x00;PORTD=0X70;
} //****************小車右轉(zhuǎn)的子程序*********************
void youzhuan(void)
{
PORTE=0x04;PORTD=0x50;
} //***************小車停止不動的子程序****************
void stop(void)
{
PORTE=0x00;PORTD=0x00;
} //****************主程序***************************
void main(void)
{ while(1)//設(shè)置一個死循環(huán)，不斷讀取PA口的輸入邏輯電平
{
init_devices();//調(diào)用初始化函數(shù)
t=PINA&0x1f;//屏蔽掉PA口的高三位數(shù)據(jù)位
if(t==0x00){stop();} else { switch(t)
{ case 0x01:zuozhuan();break;case 0x07:zuozhuan();break;case 0x02:zuozhuan();break;case 0x03:zuozhuan();break;case 0x04:runforth();break;case 0x0e:runforth();break;case 0x06:zuozhuan();break;case 0x08:youzhuan();break;case 0x10:youzhuan();break;case 0x0c:youzhuan();break;case 0x18:youzhuan();break;case 0x1c:youzhuan();break;
} } } }
第五篇：智能小車設(shè)計文獻綜述
智能小車設(shè)計文獻綜述
智能小車設(shè)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(yīng)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(shè)計的智能小車?yán)眉t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(yīng)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(yù)先設(shè)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(yù)期所要達到的或是更高的目標(biāo)。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(xué)的科技創(chuàng)意性設(shè)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(dǎo)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(jì)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(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?，?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸。隨著計算機的應(yīng)用和傳感
智能小車設(shè)計文獻綜述
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(biāo)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(dǎo)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(shè)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(xué)（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(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(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(dǎo)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(xué)的研究，大阪大學(xué)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(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。
智能小車設(shè)計文獻綜述
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(xué)機電工程與自動化學(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)達到世界先進水平。
（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、激光雷達、陀螺慣導(dǎo)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(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(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(shè)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(yù)定的速度行駛。
智能小車設(shè)計文獻綜述
葛廣軍,楊帆[7]設(shè)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(xì)闡述了控制系統(tǒng)的組成原理和軟硬件設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備上顯示小車位置坐標(biāo)；自動模式下在封閉環(huán)境輸入任意坐標(biāo)，小車可自動運行到該位置。
可以預(yù)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(xì)致的研究，為它今后的發(fā)展及實際應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。智能小車設(shè)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(shè)計對智能小車的控制系統(tǒng)進行了研究，設(shè)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(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(shè)計不需要復(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(biāo)。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
智能小車設(shè)計文獻綜述
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(yīng)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(luò)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(luò)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(fù)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(shè)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(dāng)小車脫離軌道時，即當(dāng)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(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(shè)計選擇方案二。設(shè)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(dāng)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(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，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，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(dāng)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(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，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(rèn)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(dǎo)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(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。
智能小車設(shè)計文獻綜述
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(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)定的模塊在一個特定的環(huán)境里自動的運行，可運用于科學(xué)勘探等用途，無需人為的管理，便可以完成預(yù)期所要達到的或更高的目標(biāo)。智能機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(yīng)的動作等等。還可以擴展其他的模塊。就可以廣泛的應(yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險搜索、智能救援等。
智能小車設(shè)計文獻綜述
參考文獻
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