智能小車

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智能小車范文第1篇

[關(guān)鍵詞]尋跡避障控制

中圖分類號:TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110011-02

智能探測尋軌小車的主控模塊采用ATMEL公司的AVR單片機(jī),配合紅外通信模塊、電機(jī)模塊、傳感器模塊、馬達(dá)模塊及小車的電路組成智能小車。該小車有兩個馬達(dá),用于驅(qū)動小車左右輪。六個碰撞型的接觸開關(guān)用于將碰撞信號傳輸?shù)教幚砥鲀?nèi)部進(jìn)行處理,處理器通過控制電機(jī)來調(diào)整小車的速度和方向,從而實(shí)現(xiàn)避障。一個發(fā)光二極管和兩個光敏三極管構(gòu)成尋線傳感器,發(fā)光二極管照亮地面,兩個光敏三極管通過采集小車左右兩側(cè)的光線,產(chǎn)生相應(yīng)的電流,并通過A/D轉(zhuǎn)換器被處理器采樣,處理器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號來驅(qū)動電機(jī),再控制左右輪的速度和方向,從而達(dá)到尋跡的目的。

一、系統(tǒng)的硬件電路

系統(tǒng)硬件主電路包括AVR單片機(jī)(圖1的IC1芯片),紅外收發(fā)器、兩個控制馬達(dá)的三極管橋路及其它電路。

(一)AVR單片機(jī)簡介

AVR單片機(jī)是高效的、低功耗的8位微控制器。它采用先進(jìn)的精簡指令集架構(gòu),擁有130條匯編指令、32個8位通用寄存器、8K字節(jié)的閃存存儲器、512個字節(jié)的EEPROM和1K字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存儲器,處理器工作速度達(dá)到16MIPS、并具有芯片加密功能。

內(nèi)部組件:2個8位的定時計數(shù)器和1個16位的定時計數(shù)器、8通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器,可編程異步串行通訊端口、模擬比較器等。

利用AVR單片機(jī)強(qiáng)大的功能部件,在不擴(kuò)展其他芯片的情況下,實(shí)現(xiàn)智能小車的尋跡、避障等功能。

圖1尋跡小車的主控電路模塊

(二)USB-紅外接收模塊簡介

USB通信協(xié)議是一種處在兩種系統(tǒng)之間的串行數(shù)據(jù)接口,使用插分?jǐn)?shù)據(jù)通信方式,包括兩條對稱線來取代單條的信號線和公共地線,一條線為+3.3V,在相反的線為0V定義為邏輯“1”;一條線為0V,而另一條線為+3.3V則定義為邏輯“0”。

如圖2所示,USB總線提供了一個5V電源,通過F1、F2抑制高頻的干擾,電容C6抑制脈沖調(diào)制產(chǎn)生的干擾,一個EEPROM用于固化系統(tǒng)參數(shù),供上電時查詢。數(shù)據(jù)信號則通過兩個串聯(lián)的電阻R1和R2傳送。

作為一個異步總線系統(tǒng),發(fā)送器和接收器必須提供它們自己的時鐘信號。一個共振器Q1,產(chǎn)生一個6MHz的頻率被連接到芯片的鎖相環(huán)PLL,使頻率倍頻為48MHz,這個48MHz的時鐘信號對輸入的數(shù)據(jù)信號采樣,IC芯片能以最大數(shù)據(jù)速率12Mbit來發(fā)送,因此每一位可能被采樣4次,提高了信號的質(zhì)量。

USB的發(fā)射過程:從PC到智能小車的數(shù)據(jù)經(jīng)過USB口以12Mbit/s的速率進(jìn)入圖2的FT232BA芯片,這些數(shù)據(jù)被臨時的儲存在IC芯片中然后逐位發(fā)送,以2400Bit/s的速率通過TXD線被智能小車所接收。

USB的接收過程:器件SFH5110用于接收、放大和解調(diào)光信號。輸入信號被連接到USB芯片的RXD端口,其將信號通過USB傳送給了PC。接收模塊IC4的電源采用了兩個電容用作緩沖,并消除干擾。

(三)碰撞傳感模塊

從圖1可以看出,6個傳感器連接到了引腳PD3(INT1)和PC4(ADC4),

當(dāng)傳感開關(guān)沒有碰撞時,引腳INT1被編程作為一個輸入端口。由于沒有按鍵觸碰,電源上電時,與INT1中斷輸入線上的信號通過電阻R23和電源VCC拉成了高電平,故INT1=1,無中斷發(fā)生。激活任何一個開關(guān),電阻網(wǎng)絡(luò)和R23將被連接到一個電壓分配器,對C7進(jìn)行放電,引腳PD3將檢測到這個電平是‘0’,從而觸發(fā)中斷。由于連接碰撞型開關(guān)的電阻阻值不同,故產(chǎn)生的電流不同,被引腳ADC4采樣到處理器內(nèi)部的值也不同,故可在中斷服務(wù)程序中分別調(diào)整。

(四)馬達(dá)電路模塊

馬達(dá)橋是一個由四個三極管組成的橋式電路,處理器通過它能夠獨(dú)立的控制兩個馬達(dá)的前進(jìn)或后退,如圖3所示,驅(qū)動馬達(dá)向右轉(zhuǎn)動則打開三極管T1和T4,驅(qū)動馬達(dá)向左轉(zhuǎn)動則打開三極管T2和T3。

二、軟件設(shè)計

采用模塊化的設(shè)計思想,將尋軌避障這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)分解為多個功能單一的模塊,再通過主程序調(diào)用把各個模塊有機(jī)的連接起來。在單一的模塊中,通過C語言編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序,涉及到的模塊及流程圖如下:

如圖4所示,主程序完成的系統(tǒng)的初始化工作,包括紅外接收使用的信號源、USB端口、I/O端口、電機(jī)模塊、傳感器模塊等的初始化工作。

尋跡模塊程序說明,系統(tǒng)開始檢測光敏三極管輸入時,先初始化左右控制電機(jī),使車輪方向?yàn)檎胺?并使當(dāng)前小車的速度為0,接著采樣從外部輸入進(jìn)來的光信號,比較左右兩個光傳感器數(shù)據(jù)的大小,如果相等,則當(dāng)前小車方向不作調(diào)整,否則按照采樣數(shù)據(jù)的大小調(diào)整左右輪的速度和方向。相應(yīng)的程序流程圖如圖5所示。

避障模塊程序說明:在小車的行使過程中,處理器每隔一段時間檢測6個傳感器有無觸碰物體,如果沒有,則小車還是按照原來尋線的路徑來走。如果遇到障礙物,則小車通過調(diào)整左右輪的方向和速度,尋找一條新的路徑,并且能夠順利地繞開障礙物。相應(yīng)的程序流程圖如圖6所示。

三、系統(tǒng)調(diào)試

通過PC機(jī)的串口與小車的紅外通信模塊,將設(shè)計的程序下載到主芯片里,小車經(jīng)過幾秒的初始化后,就按照繪制好的曲線行走,在遇到障礙物時小車重新選擇路徑進(jìn)行行走。

四、結(jié)束語

本文提出了能夠?qū)崿F(xiàn)尋跡與避障功能的智能小車,文章詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計,包括電路結(jié)構(gòu)、相關(guān)理論、芯片選擇。在軟件設(shè)計部分,給出了設(shè)計系統(tǒng)的基本思路,詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的流程圖。從測試的結(jié)果來看,智能小車能夠順利的實(shí)現(xiàn)尋跡和避障。通過系統(tǒng)擴(kuò)展,本設(shè)計可應(yīng)用于超聲波測距,里程計算,PC控制小車運(yùn)行等功能。最后,本設(shè)計對其它電子產(chǎn)品的設(shè)計提供了一定的參考信息。

參考文獻(xiàn):

[1]何宏,單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社,2008.4.

[2]Data sheet ATMEL ATmega8.

[3]Bibliography AREXX,JAMA:AUSRO"Roboterbaustaz-Baund Bedienungsanleitung".

[4]省略.

[5]C program file.

作者簡介:

智能小車范文第2篇

摘 要：智能引導(dǎo)小車在生活中所能扮演的角色越來越多，所起到的作用也越來越大，當(dāng)人們在一個陌生環(huán)境如圖書館，博物館或旅游景點(diǎn)，想到達(dá)自己想去的目的地往往需要話費(fèi)一番力氣，而自主規(guī)劃路徑的小車正好能為這些人提供方便。本文論述的智能引導(dǎo)小車以STC89C52單片機(jī)為核心，通過柵格法進(jìn)行自主路徑規(guī)劃，并由紅外傳感器輔助行進(jìn)，以及通過射頻卡來識別目的地，綜合運(yùn)用了藍(lán)牙通信、自主路徑規(guī)劃、語音合成、射頻卡識別等技術(shù)，使小車能實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃，并提供引導(dǎo)的目的。

關(guān)鍵詞：自主路徑規(guī)劃；避障；射頻卡識別

基金項(xiàng)目：中國民航大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃優(yōu)秀培育項(xiàng)目

項(xiàng)目號：IEKCAUC2015018

1 引言

現(xiàn)如今，智能小車的相關(guān)研究不斷深入，使得小車在加相應(yīng)傳感器后完成某一特定功能成為可能，可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、跟隨等功能。因此智能小車開始逐步走向?qū)嶋H生活，并且各個方面為人們提供服務(wù)。

本文設(shè)計實(shí)現(xiàn)的智能小車以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)作為主要控制核心，首先敘述單片機(jī)最小系統(tǒng)、目的地輸入模塊等智能小車的硬件，然后介紹引導(dǎo)小車時的自主路徑規(guī)劃、避障以及目的地輸入與檢測等軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

2 智能引導(dǎo)小車的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

智能小車的硬件是整個小車控制系統(tǒng)能否順利運(yùn)行的基礎(chǔ)。其硬件主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)作為控制器，用藍(lán)牙傳輸輸入目的地，用直流電機(jī)、光柵以及光電傳感器來實(shí)現(xiàn)順利行進(jìn)，主要硬件模塊包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)、目的地輸入模塊、小車驅(qū)動模塊、避障模塊、射頻卡模塊、語音模塊。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程存儲器，使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。

2.2 目的地輸入模塊

采用藍(lán)牙輸入作為輸入的方式，所使用的為CSR-BC417藍(lán)牙芯片，工作電壓為3.3V，電流配對時為20-30mA，配對后為8mA。可支持UART和PIO接口的數(shù)據(jù)傳輸藍(lán)牙模塊，最高傳輸速率為3Mbps。

2.3 小車驅(qū)動模塊

小車采用四個直流電機(jī)，工作電壓為6V，電流為80-100mA。采用兩路PWM控制芯片為小車的電機(jī)供電，兩路PWM控制可以十分方便地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

2.4 避障模塊

避障采用紅外光電傳感器HJ-IR2和比較器來實(shí)現(xiàn)，檢測到障礙物時輸出低電平，平時高電平。

2.5 射頻卡模塊

該模塊由MF-S50射頻卡和MF-RC522讀寫卡模塊構(gòu)成。為非接觸式IC卡，具有8KB的EEPROM，每張卡都有唯一的序列號。

2.6 語音模塊

采用了SX6288A為主要核心的語音合成模塊，其使用異步串口方式進(jìn)行通信，通過接收待合成的文本數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換。

智能小車?yán)媚康牡亟邮漳K接收手機(jī)發(fā)送的目的地，用單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行分析、規(guī)劃路徑，驅(qū)動模塊為小車提供動力，避障模塊為行進(jìn)提供輔助作用，射頻卡模塊則為小車進(jìn)行位置判斷提供作用，語音模塊實(shí)現(xiàn)的是講解或語音提示作用。

2.7 光柵模塊

采用了HJ-IR6光柵芯片、兩個光感器以及兩個柵輪構(gòu)成，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，通過光柵對小車車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行測定，從而實(shí)現(xiàn)對小車速度的監(jiān)控，方便控制智能小車的速度。

3 智能引導(dǎo)小車的軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

3.1 主程序設(shè)計

首先執(zhí)行目的地輸入程序，待目的地輸入成功后，小車先對自身所在位置進(jìn)行判斷，然后執(zhí)行路徑規(guī)劃程序，規(guī)劃好路徑后調(diào)用驅(qū)動程序，小車在行進(jìn)過程中由自動調(diào)速程序?qū)ζ溥M(jìn)行自動調(diào)速，同時避障程序進(jìn)行輔助，在遇到行人時停止，等待行人離開后繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)射頻卡程序檢測為目的地時小車停止，并進(jìn)行語音提示或講解，最后返回出發(fā)點(diǎn)。

3.2 路徑規(guī)劃程序

小車?yán)脰鸥穹▽Νh(huán)境劃分成網(wǎng)格單元，柵格的一致性和規(guī)范性使得柵格空間中鄰接關(guān)系簡單化，在給每個柵格賦予通行因子之后，將路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為尋求兩個柵格節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)路徑。

3.2.1 柵格發(fā)路徑規(guī)劃算法流程

①對地圖進(jìn)行柵格化，給予給每個柵格賦予一個二維坐標(biāo)（x，y）；

②將所有柵格劃分為可通行和禁止兩個類別，并建立兩個二維數(shù)組Ai，Bi，分別存放兩類坐標(biāo)；

③小車進(jìn)行初始化，初始坐標(biāo)為（0，0）；

④將周邊8個柵格的坐標(biāo)與可通行數(shù)組內(nèi)坐標(biāo)進(jìn)行比較，如果為可通行，則存入另一個數(shù)組Ci；

⑤將可通行坐標(biāo)與目的地坐標(biāo)間距離進(jìn)行計算，然后將距離最短的坐標(biāo)存入Di；

⑥再對Di中的坐標(biāo)依次進(jìn)行④⑤操作，依次可得出一系列坐標(biāo)；

⑦將這些坐標(biāo)輸出到數(shù)組Ei，作為路徑。

3.3 避障程序

光電傳感器安裝于小車前部，探測距離為20-25cm，在探測到前方有行人時小車停止，待行人走后再繼續(xù)前進(jìn)，避免撞上行人。當(dāng)光電傳感器輸出低電平，Τ絳蚪行外中斷，當(dāng)光電傳感器輸出為高電平后繼續(xù)執(zhí)行小車的程序。

3.4 目的地輸入程序

當(dāng)小車與電腦或手機(jī)鏈接成功后，通過串口將目的地發(fā)送給小車，接受失敗時返回“重新輸入”語句，接收成功時返回“輸入成功”語句，然后單片機(jī)將字符對應(yīng)的坐標(biāo)找出并賦值給目的地變量。

3.5 目的地識別程序

在不同的目的地各自安放射頻卡，每張射頻卡對應(yīng)一個地點(diǎn)，首先調(diào)用子函數(shù)，將尋卡命令發(fā)給射頻卡讀寫器，若有卡則將返回的卡的類型存入數(shù)組中。接著調(diào)用子函數(shù)防沖突指令，并將返回的卡序列號（4個字節(jié)）存入 數(shù)組中。調(diào)用選卡指令，選擇已知序列號的卡進(jìn)行通信，調(diào)用子函數(shù)發(fā)送塊1所在扇區(qū)的密碼A給射頻卡，驗(yàn)證其是否正確。讀取塊1中的數(shù)據(jù)，將其存入數(shù)組中。

最后判斷房間號是否匹配，具體說明如下：輸入的3位房間號存放在數(shù)組中，讀取的3位房間號存放在另一個數(shù)組中。首先定義一個匹配標(biāo)記初始值設(shè)為0。然后將兩個數(shù)組一一比較，若對應(yīng)位數(shù)值相同，初始值加1，不相同則不加，如果循環(huán)比較完后值等于3，則說明匹配，即找到房間，否則不匹配，繼續(xù)循環(huán)尋找房間。

智能小車范文第3篇

1整車系統(tǒng)設(shè)計思路

智能小車控制系統(tǒng)采用MK60DN512作為核心控制單元，由安裝在車身支架上的OV7620數(shù)字?jǐn)z像頭負(fù)責(zé)采集道路信號；智能小車后輪安裝有光電測速傳感器，用來采集車輪的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并將信號傳到核心控制單元進(jìn)行分析處理，處理完畢后反饋到相應(yīng)的驅(qū)動模塊，驅(qū)動舵機(jī)和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成智能小車的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)及制動[1]。智能小車控制系統(tǒng)包括以下模塊：MK60DN512最小系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)模塊、電機(jī)及其驅(qū)動模塊、速度反饋模塊、攝像頭視頻信號處理模塊和電源管理模塊[2]。

2智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

在智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與安裝調(diào)試時，需要考慮以下幾個方面：

1）智能小車在安裝過程中的可靠性與行駛過程中的穩(wěn)定性。

2）智能小車在安裝過程中的輕便簡潔性。

3）是否能夠方便準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620的檢測與調(diào)試。

4）車體保證較低的重心以確保智能小車順利轉(zhuǎn)彎、加速。

經(jīng)過不斷地調(diào)試、摸索、對比之后，完成了對智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計，主要內(nèi)容有以下幾個方面：

1）為了減少轉(zhuǎn)向舵機(jī)的力臂滯后時間，將舵機(jī)直立架在車前，并使用專業(yè)的金屬框架牢牢固定住，以防松動，避免影響舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度的準(zhǔn)確性。

2）數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620及其支架安裝在車身中部，減少車前數(shù)據(jù)采集盲區(qū)，將車身重心略微前移，防止智能小車轉(zhuǎn)彎時側(cè)滑，增加智能小車的彎道通過性。

3）為了減少車身質(zhì)量，采用了強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維管。

4）在底盤設(shè)計上，底盤是支承、安裝各部件的總成，是形成智能小車整體造型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；可以接受電機(jī)傳遞的驅(qū)動動力，帶動智能小車行進(jìn)，以保證智能小車在跑道上的快速行駛。由于合適的重心對于小車過彎性能和小車速度這兩個方面起了很大的作用，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整前后底盤高度，使得智能小車車模整體重心下降到合理位置，既可以順利過坡，又不會與跑道摩擦接觸。

3智能小車硬件電路系統(tǒng)設(shè)計

3.1智能小車總體電路設(shè)計

通過簡化總體硬件電路設(shè)計方案，采用模塊化設(shè)計方案，減少不必要的電子元件的使用，就可以有效地減輕PCB板的使用質(zhì)量及其占用智能小車的有效空間，從而達(dá)到輕量化的目的。硬件電路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

3.2電源分配板的電路設(shè)計

采用比較節(jié)能的線性穩(wěn)壓電路設(shè)計方案。電源分配如圖3所示。TPS7350是一款差線性電源穩(wěn)壓芯片，它具有功率消耗低、額定電壓小等特點(diǎn)，而且只需極少的元件就能夠構(gòu)建滿足智能小車硬件電路設(shè)計要求的穩(wěn)壓電路，該芯片還擁有過流、過壓及電壓反接等電壓保護(hù)設(shè)計，能夠有效地保護(hù)智能小車的硬件電路，避免電壓過大或電流反接而導(dǎo)致的硬件電路燒毀事件的發(fā)生。

3.3電機(jī)驅(qū)動板的電路設(shè)計

采用由BTN7970B驅(qū)動芯片搭建的H橋電路設(shè)計方案，減小驅(qū)動電路的內(nèi)阻，增大額定承載電流，可以讓智能小車獲得更大的加減速度及提高在直道上行駛的極限速度。H橋電路原理如圖4所示。

4智能小車的軟件系統(tǒng)設(shè)計

智能小車系統(tǒng)軟件設(shè)計部分主要有：圖像采集及處理、道路判斷、舵機(jī)打角、電機(jī)控制以及速度信息反饋處理等。

4.1圖像采集及處理算法

OV7620能夠提供的三種數(shù)據(jù)制式中，采用YUV16位數(shù)據(jù)制式來提取Y信號亮度信息，生成黑白圖像，同時采用HREF-行同步信號、VSYNC-場同步信號來作為圖像數(shù)據(jù)采集的控制信號[4]。為了提高智能小車控制系統(tǒng)的實(shí)時性，視頻圖像信號采集采用外部中斷觸發(fā)的方式進(jìn)行。采樣系統(tǒng)的程序流

4.2路徑優(yōu)化

1）增加智能小車攝像頭視場的長度和寬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的觀察，當(dāng)智能小車采集到的圖像能夠覆蓋比較完整的S彎道時，通過微處理器計算出來的中心就會處于實(shí)際道路中央附近，此時智能小車會以一個比較好的路徑快速通過S彎道；反之智能小車容易誤處理為普通的單向彎道，這樣導(dǎo)致智能小車的行駛速度大大減慢。因此，盡量增大攝像頭視場的長度和寬度就很有必要了。由于視場的長度與單片機(jī)處理的圖像行數(shù)成正比，所以采用由運(yùn)算放大器制作的模擬比較器進(jìn)行圖像二值化，可以令單片機(jī)的處理速度大大提高，增加了單片機(jī)處理的圖像行數(shù)，達(dá)到的視場長度為200cm以上；為了增加視場寬度，除了增加每行采集的圖像點(diǎn)數(shù)之外，采用了廣角鏡頭，有效地增加了攝像頭視場的寬度。

2）進(jìn)行加權(quán)算法的相關(guān)優(yōu)化。采用對整場有效行的中心加以求加權(quán)平均值的算法，在低速情況下可以有效地優(yōu)化智能小車的行進(jìn)路徑，但在智能小車速度提高到一定程度之后，由于過彎時輪胎的側(cè)滑，路徑不是很好找，而且由于數(shù)字?jǐn)z像頭采集圖像分布不均，基本上2/3的行分布于車體前方40cm左右的范圍內(nèi)，所求出的加權(quán)平均值容易受車體近處的圖像影響，因此整場圖像求加權(quán)的算法對于高速情況下智能小車的路徑選擇優(yōu)化效果不太明顯。考慮減小車體前部一定范圍內(nèi)的圖像參與加權(quán)的行數(shù)和權(quán)重，同時增大攝像頭視場前部圖像的權(quán)重，最后經(jīng)過調(diào)試得到了一套較為合適的數(shù)據(jù)，使其能夠有效優(yōu)化高速情況下的智能小車的路徑算法。

5結(jié)論

智能小車范文第4篇

關(guān)鍵詞：stc89C52；紅外傳感器；智能循跡小車

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.245

1 引言

智能循跡汽車是汽車電子、人工智能、機(jī)械制造多個學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合體，具有重要的應(yīng)用價值。智能尋跡車是運(yùn)用單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計的，智能循跡小車?yán)脗鞲衅鱽碜R別賽道信息，利用傳感器檢測智能車的加速度和速度，從而實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的尋跡行駛。本設(shè)計簡單易懂，但是應(yīng)用價值很高。在科技越來越發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會，汽車的普及率已經(jīng)非常之高。許多汽車制造廠商提出無人駕駛的概念，例如特斯拉。因此次設(shè)計具有很高的科研價值。

2 基于單片機(jī)設(shè)計的智能小車的總設(shè)計方案

該設(shè)計是以89C52單片機(jī)為主控制芯片，通過7.5V電池直接給電機(jī)供電。經(jīng)過穩(wěn)壓電路給單片機(jī)以及傳感器供電。系統(tǒng)采用L298N驅(qū)動芯片來實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動和轉(zhuǎn)向。采用四路紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)小車的循跡。采用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)小車的測速。使用PWM對小車進(jìn)行調(diào)速，使用加度傳感器來防止小車發(fā)生側(cè)翻。

3 硬件電路設(shè)計

硬件電路的設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊為控制中心、電源模塊功能，電機(jī)驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向及運(yùn)動，紅外循跡傳感器模塊測速模塊實(shí)現(xiàn)賽道信息檢測。下面介紹一下驅(qū)動傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、測速模塊。

3.1 電源模塊電路

系統(tǒng)是利用兩節(jié)3.5V鎳鉻電池供電。通過5V文雅電路轉(zhuǎn)換稱觀點(diǎn)偏激所需的電壓。7電壓直接供給電機(jī)驅(qū)動芯片。以下是O計的硬件圖。

3.2 電機(jī)驅(qū)動模塊電路

電機(jī)驅(qū)動模塊主要控制小車的方向，因此對電機(jī)驅(qū)動具有反應(yīng)快、可靠性高等特點(diǎn)。因此采用L298N芯片，通過操作單片機(jī)的I/O口電平信號，即可對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、停止操作的控制。

3.3 測速模塊

系統(tǒng)使用紅外傳感器檢測直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。只需要在碼盤智商粘貼一個接受廣電信號的接收裝置，然后對采集的信息進(jìn)行處理即可得出小車的速度。

3.4 循跡模塊

采用TCRT5000制作的四路循跡模塊具有價格低廉，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。TCRT5000光電傳感器模塊是一款紅外反射式光電開關(guān)。TCRT5000具有可靠性高，價格便宜，制作簡單的特點(diǎn)。

3.5 加速度傳感器模塊

ADXL345芯片非常適合進(jìn)行加速度的測量，測量范圍大，數(shù)字輸出數(shù)據(jù)訪問簡單方便。而且該芯片穩(wěn)定性以及可靠性非常高。采集的信息通過加法處理即可得到小車的加速度。

4 軟件代碼調(diào)試

系統(tǒng)開始工作，首先初始化IIC、PWM、外部中斷。初始化結(jié)束后開始循環(huán)，單片機(jī)各個模塊開始工作，然后講采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。單片分析數(shù)據(jù)對小車的前進(jìn)路線進(jìn)行調(diào)整，并將信息通過1602顯示出來。

5 結(jié)語

以stc89c52作為主控芯片，設(shè)計的智能尋跡小車，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)其尋跡效果良好，速度和轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)快，系統(tǒng)的定性和抗干擾能力強(qiáng)，而且能夠適應(yīng)不同程度的光照條件下。同時針對最近大熱的無人駕駛汽車而言，此設(shè)計能更好的幫助人們理解無人駕駛的概念。關(guān)于智能循跡小車此設(shè)計只是簡單的進(jìn)行研究，系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的完善。后期將加入自動導(dǎo)航功能。

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智能小車范文第5篇

【關(guān)鍵詞】線性CCD；智能小車；循跡；控制系統(tǒng)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和高等教育的發(fā)展，培養(yǎng)應(yīng)用型人才成為高校人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)。讓在校大學(xué)生參與更多的實(shí)踐活動不但能夠增加動手和思考的能力，而且對于適應(yīng)畢業(yè)后的工作有很大的益處。全國大學(xué)生智能汽車競賽就為在校學(xué)生提供了一個展示自己的平臺，也促進(jìn)了專業(yè)理論知識和實(shí)踐能力的結(jié)合。本論文設(shè)計的基于線性CCD的智能巡線小車控制系統(tǒng)就是利用學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新基金針對競賽而開展的一項(xiàng)創(chuàng)新項(xiàng)目。由于線性CCD的優(yōu)良特性，使得在小車控制方面得到較好的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)小車平穩(wěn)、快速的行走。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本智能循跡小車由電源模塊、單片機(jī)模塊、舵機(jī)模塊、線性CCD圖像采集模塊、顯示和按鍵、無線通訊模塊等模塊組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用線性CCD作為傳感器，采集來自前方賽道的信息，并將此信息處理后傳送至單片機(jī)，通過軟件處理，由舵機(jī)調(diào)整角度，驅(qū)動電機(jī)帶動車輪行走。單片機(jī)通過串口通訊模塊實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)之間的通訊，由按鍵實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)調(diào)整，并可通過LCD實(shí)時顯示運(yùn)行參數(shù)。下面對系統(tǒng)主要硬件模塊進(jìn)行闡述。

2.1 單片機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)采用Freescal半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)MC9S12XS128作為控制器。MC9S12XS128是一款針對汽車電子市場的高性能16位單片機(jī)，具有速度快、功能強(qiáng)、成本低、功耗低等特點(diǎn)。MC9S12XS128總線速度40MHz，擁有128KB程序Flash和8KB DataFlash，用于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲，均帶有錯誤校正碼（ECC），可配置8位、10位或12位ADC，3μs的轉(zhuǎn)換時間，內(nèi)嵌MSCAN模塊用于CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)用。內(nèi)嵌支持LIN協(xié)議的增強(qiáng)型SCI模塊及SPI模塊，4通道16位計數(shù)器，出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的I/O，實(shí)現(xiàn)喚醒休眠系統(tǒng)的功能；擁有8通道PWM，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。作為專業(yè)的汽車電子控制芯片，能夠更加適應(yīng)智能控制。

2.2 線性CCD圖像信息采集處理模塊

本系統(tǒng)采用的線性CCD圖像采集傳感器TSL1401-DK是岱默科技公司生產(chǎn)的一款具有128個有效像素點(diǎn)的線性CCD，尺寸為26mm×26mm，重量輕，可以直接任意系列MCU相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理。TSL1401-DK有2個電源口，3個數(shù)據(jù)口；數(shù)據(jù)口直接與MCU的I/O口相接。

賽道為450mm寬的白色KT板，兩邊有各寬15mm的邊界，賽道外為藍(lán)色的底版。環(huán)境光源的變化對CCD數(shù)據(jù)的采集有十分大的影響，所以需要使用軟件技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化處理，使其明確路況信息，不至于出現(xiàn)判斷紊亂而小車失控的現(xiàn)象。本次設(shè)計的小車CCD的數(shù)據(jù)采集距離前瞻為70cm，通過排列成一條線的128個有效像素點(diǎn)的數(shù)值信息判別前方道路的信息。單個像素點(diǎn)數(shù)值的變化范圍為0-255。根據(jù)實(shí)際外界光照情況，實(shí)際采集白色的底板時數(shù)值為110左右，黑色邊界的數(shù)值為40左右。通過閾值處理，區(qū)分賽道和邊界。由于小車在前進(jìn)的過程中，光線強(qiáng)度在隨時變化，采集數(shù)據(jù)也在變化，就需要對白色和黑色對應(yīng)的電壓值進(jìn)行特殊處理，這樣就增強(qiáng)了小車對賽道的適應(yīng)性。

2.3 舵機(jī)模塊

舵機(jī)主要用來控制單片機(jī)的PWM模塊，通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度和周期來控制舵機(jī)和電機(jī)的工作。通過輸入占空比一定的脈沖，內(nèi)部電機(jī)將轉(zhuǎn)過一個固定的角度，所以要讓舵機(jī)轉(zhuǎn)到某一個位置，只需要改變脈沖的占空比就可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)在一定角度內(nèi)的任意轉(zhuǎn)動。

2.4 電機(jī)驅(qū)動和轉(zhuǎn)速控制模塊

智能小車采用RS-540SH直流電機(jī)，由于單片機(jī)輸出電流不夠，驅(qū)動能力不足，電機(jī)的反向電動勢也會損壞單片機(jī)，所以必須添加電機(jī)驅(qū)動模塊。本設(shè)計采用大功率MOS管IRF4905和IRF3205搭成H橋驅(qū)動電機(jī)。

電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)，采用定頻調(diào)寬法，PWM波形頻率固定，占空比跟隨速度變化調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能小車的優(yōu)點(diǎn)在于能夠根據(jù)路況的改變和自動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等功能，這就對軟件程序的設(shè)計要求很高。本設(shè)計采用CodeWarrior編程軟件進(jìn)行程序編寫，并通過串口總線下載到單片機(jī)中，進(jìn)行參數(shù)修改與調(diào)試。系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

本設(shè)計分別進(jìn)行了CCD傳感器信號采集處理模塊設(shè)計、動力電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計、控制算法的編制及執(zhí)行和調(diào)試、舵機(jī)控制設(shè)計與安裝。通過系統(tǒng)硬件平臺搭建和軟件設(shè)計，并反復(fù)調(diào)試，該智能循跡小車基本達(dá)到了設(shè)計要求，能夠?qū)崿F(xiàn)快速直行，最高速度可達(dá)4m/s，能夠比較平穩(wěn)地度過大S彎、小S彎、連續(xù)S彎、Ω彎道、十字、坡道等復(fù)雜路況，平均速度可以達(dá)到3.5m/s。智能小車的設(shè)計與開發(fā)，對于推動汽車工業(yè)的發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價值。

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