集合几篇智能车文献综述(有51单片机的,飞思卡尔的).doc

CQWU/JL/JWB/ZY012-13重庆文理学院本科生文献综述情况表毕业论文（设计）题目基于MCS-51单片机智能小车控制器设计与实现学 生 姓 名何建英学 号2002468006系（院）、专业物理与信息工程系电子信息科学与技术专业年 级2002级研究方向单片机控制指导教师曾祥伦参考文献情况国内 15 篇，国外 1 篇，共计 16 篇收集参考文献时间2006年01月 至2006年03月列出收集的参考文献(阅读量不少于15篇且至少含1篇外文文献)1 曹明扬，单片机发展动向及市场预测M，计算机世界,1996No12 吴炳胜，王桂梅等编著, 80C51单片机原理与应用M，冶金工业出版社,20013 陈光东，赵性初,单片微型计算机原理与接口技术M,武汉：华中理工大学出版社,19934 何立民，单片机技术的现状与未来J，中国计算机报，1995No305 王新贤，实用计算机控制技术手册M，济南：山东科学技术出版社，1994：6917526 余永权，江明慧，黄英.单片机在控制系统中的应用M，北京：电子工业出版社,2003.107 靳桅，潘育山， 邬芝权.单片机原理及应用C51编程技术M，西南交通大学出版社, 2004. 38 陈汝全，电子技术常用器件应用手册第二版M，北京：机械工业出版社,2000.109 杨建宁，单片机对步进电机升降速控制M，中小型电机, 199710 雷海波，用微机和单片机控制步进电机的走动M，微计算机信息, 2000.11 魏庆福，全新的工控机标准化平台Compact PCIJ，计算机世界，1999No712 吉雷，Protel 99从入门到精通,西安电子科技大学出版社J， 2000，1013 高鹏年、安涛、寇怀成，电路设计与制版M,人民邮电出版社，200014 韩飞鹏，单片机的开发方式M，中国计算机报，1995No3015 尹勇、王洪成，单片机开发环境uVision2使用指南及USB固件编程与调试M，北京：北京航空航天大学出版社,200416 M. J Potasek andGP. Agrawal,Single-Chip microcomputer data / Prepared by Technical Information Center. IEEE J.Quantum Electron, 1995, Vol. 3l, No. I, 183-189文献综述内容：1 引言随着现代科技的飞速发展，单片机已经在各个领域得到越来越广泛的应用。单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面1：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机为主。作为电子专业的学生，非常有必要通过对实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高机，电，光，算知识的综合应用能力，掌握从系统级，电路级，到芯片级各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，我选择此设计课题，在此设计过程中，将会用到多门学科的理论知识，复习和巩固了以前所学的知识，更重要的是培养了发现问题，分析问题，解决问题的能力，还有锻炼了动手能力，是一次很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。2 理论基础2.1 理论的提出科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机,此设计正是单片机的一个典型应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能.此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需要。在设计上，使用两个传感器来检测路面的情况，传感器的信号比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机工作的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路。各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试。系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于电路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证。最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。2.2 硬件设计2.3 软件设计3 调试3.1 硬件调试3.2 软件调试4 结论本论文基于MCS-51单片机而开发的智能小车系统，从总体的理论构思到，到具体的软硬件的设计，元件的采购，PCB板的制作，整机的焊装，系统的调试，最终实现了小车的基本功能，即在传感器的感应下，实现了小车的前进，左转，右转，停止的功能，实现了无人驾驶的智能化。该系统还存在不完善之处，它只是实现了一些基本功能，其开发潜力还很大，比如语音功能，测速，计时，计费，蔽障等功能。这有待以后的继续开发。指导教师对文献综述的评价：指导教师签名2006年03月25日 成绩： 西安建筑科技大学毕业设计 (论文)文献综述院 （系）： 专业班级： 自动化0701 毕 业 设 计论 文 方 向 ： 综述题目： 智能小车设计 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 3 月 日智能小车设计摘要：智能车技术以汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科，这对进一步提高学生的综合素质，培养创新意识，培养学生从事科学、技术研究能力有着重要意义。智能小车系统以飞思卡尔16位单片机作为系统处理器，采用基于光电传感器的信号采样模块获取赛道黑线信息，通过算法控制策略和PWM控制技术对智能小车的转向和速度进行控制。使小车能够自主识别黑色引导线并根据黑色引导线实现快速稳定的寻线行驶。系统介绍了硬件和软件两个方面。在硬件方面，设计了具有电源管理、路径识别、车速检测、舵机控制和直流驱动电机控制的相关电路；在软件方面，根据PID控制或模糊控制并使用CodeWarrior软件编程和BDM调试实现小车行驶控制。关键词：智能车；单片机；光电传感器；路径识别；1. 前言飞思卡尔智能车具体包括一种基于光电传感器的智能寻迹小车的设计和实现。智能小车硬件系统由XS12微控制器、电源管理模块、路径识别电路、车速检测模块、舵机控制单元和直流驱动电机控制单元组成。本系统以飞思卡尔16位微处理器MC9S12XS128为控制核心，并采用CodeWarrior软件编程和BDM作为调试工具。运用红外发射接收原理进行道路信息采集，经单片机AD转换后通过相关算法及控制策略和PWM控制技术对智能小车的转向和速度进行控制，使小车能够自主识别黑色引导线并根据黑色引导线实现快速稳定的寻线行驶。2.小车机械结构调整与优化车身机构调整包括：底盘调整、前轮的调整、后轮距及后轮差速的调整、齿轮传动机构调整。3.硬件设计方案3.1电源模块设计由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。常用的电源有串联型线性稳压电源和开关型稳压电源两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需提供稳定的5V电源，故选用线性度好的串联型稳压芯片对其单独进行供电；而其它模块如控制系统和执行部分则需要通过较大的电流，利用转换效率高、带载能力大的开关型稳压芯片对其供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。 3.2 XS12单片机最小系统设计3.3电机驱动模块设计小车直流驱动电机控制直接影响到小车的速度控制。直流电机的驱动控制效果影响直线路段速度及入弯速度。根据赛道的不同路段，可采用不同的速度控制策略，主要包括：直线段加速行驶、高速稳定行驶，入弯制动减速行驶、弯道低速行驶，S弯间断制动行驶。直流驱动电机的控制由单片机的PWM信号完成。小车的速度控制算法可采用PID或模糊控制算法，均能满足小车系统的控制要求。 通过电机驱动模块，控制驱动电机两端电压可以使小车加速或制动。常用电机驱动有以下三类：3.3.1集成方案：33886驱动采用飞思卡尔公司的直流电机驱动芯片MC33886。其驱动能力强，有过流保护功能，状态监测功能，通过pwm调节可实现正反转。1.单独使用一片33886 优点：应用电路简单，实现方便。缺点：芯片驱动电流小，内阻大，可能存在发热严重的问题，不好加散热片。2.采用两片或者四片MC33886并联 优点：可以增大驱动能力，减少单片机发热量。缺点：存在均流不佳的问题，有碍提高整个装置的输出，甚至造成器件和装置的损害。3.3.2 组合方案：33886 + 场效应管驱动采用MC33886或其他驱动芯片与场效应管设计驱动。优点：驱动电流理论上能达到74A，解决了33886的散热问题， 充分发挥33886的性能，场效应管也不用加散热片，使小车发挥更好的加速性能。缺点：电路复杂。3.3.3 分立元件方案：H桥驱动采用大功率场效应MOS管自行搭建H桥电路对电机进行驱动。优点：内阻极小、开关速度快、加散热片很方便，可发挥电机极限速度。缺点：电路连接和逻辑控制较为复杂，设计难度大。3.4舵机控制单元小车舵机扭力大，稳定性好，控制角度精确，但是响应灵敏度较差，存在严重的机械滞后。因舵机的工作电流变化大、干扰较大，舵机可采用单独供电方式，并在电源正极和舵机之间串联二极管，防止舵机影响电源电压。这有效地减小了舵机的机械滞后，使小车的稳定快速行驶。舵机的控制可使用开环控制方式。3.4.1舵机安装舵机转向在整个控制系统环节中延迟较大，可通过改变舵机的安装位置减小时间常数。增大力臂长度，可提高线速度。舵机的安装方式可分为卧式和立式。立式的优点是：1.改变了舵机的力臂，使转向更灵敏2.舵机安装在了正中央，使左右转向基本一致 3.重心更靠后，减轻了舵机负载。3.5路径识别传感器模块3.5.1 光电传感器原理光电传感器检测路面信息的原理是由于红外线在黑色和白色上反射系数不同，区分黑白路面。3.5.2 光电传感器选择1.红外考虑智能小车的前瞻距离，可选择发射功率大、探测距离远、接收灵敏度高的光电传感器。独立的红外发射与接收管：一体化的选择发射/接收管：2.激光发射/接收独立激光传感器发射/接收一体激光传感器3.5.3传感器安装独立传感器与一体传感器安装有所不同。3.6速度检测模块为了使车在跑的过程中能快速加速，及时减速不仅要有好的控制算法，还要有可靠和精确的速度脉冲值。小车的实际速度与程序所给的值有所区别，采用测速模块来检测车速，进行闭环控制。测速模块有光电码盘和光电编码器。两者各有优缺点。光电码盘 优点：成本低重量轻，为非接触式测量 缺点：测量精度较低，高速时精度明显下降。光电编码器 优点：输出方波信号，反馈的信号波形不失真，精度较高，可提高测量的精度和稳定性。缺点：成本较高，电路较为复杂，需要增加外围电路3.6.1 编码器的固定依据小车实际情况安装，使用万能胶或螺丝固定。3.7串行通讯接口电路3.8现场调试模块根据赛道情况各不相同：弯道、直道数量个不相等。设计人机接口电路可在不改变程序的前提下进行参数的调试并监控小车的各项参数，同时提高小车对赛道的适应性。调试的方式界面可有数字按键，拨盘开关等，分别进行参数选择和速度控制。4 软件设计方案4.1驱动层软件设计4.1.1系统时钟设计使用单片机内部的锁相环电路将外部的16MHz时钟倍频可以提高运算速度和系统响应速度。4.1.2主电机和舵机驱动考虑舵机对PWM信号的要求较高，为了提高精度，可将单片机的8路8位的PWM输出调整为4路16位的PWM输出。在实际控制时，小车前轮的实际转角与舵机转角有偏差，需稍作补偿。4.1.3 速度检测的计数和处理速度检测电路的输出是频率变化的矩形波。要测量小车的速度，主要方法有两种：测周法和测频法。测频方案 缺点：对速度测量周期较长。中断周期直接影响算法对实时速度变化的响应，对加速和减速极为不利。测周期方案 优点：响应速度高；测周的响应周期由电机的转速决定4.1.4赛道检测的数据采集和处理红外或激光传感器采集赛道的模拟电压，如果检测到黑线，该路的传感器模拟电压应偏高。将其送到A/D的输入端，采集输入的电压。A/D转换器用软件将其设为10位转换，每个序列8个通道，从通道0开始进行连续转换。4.2决策层软件设计4.2.1寻迹算法4.2.2转向控制策略4.2.3速度控制策略5 智能小车系统调试5.1开发调试工具5.1.1 Freescale Codewarrior5.05.1.2 BDM5.2智能小车硬件的调试硬件调试是是保证系统的安全性的重要前提。此调试可确保小车硬件系统运行良好。 5.2.1舵机的调试调试舵机，首先须看智能小车预设的转向中点是否正确，车轮是否在中位。校正车轮偏差使其保持在至中位，查看舵机的寻迹是否正确，转向是否灵活。5.2.2光电传感器的调试传感器的调试分为机械调试和电路调试。检查光电管是否完好，同时保证传感器组位于小车的最前端，并与地面保持合适的距离和夹角。电路调试可使各个传感器的电压输出值均保持在一定值附近。5.2.3直流电机的调试通过调试可得到直流电机的最大转速。在软件控制过程中须保证直流电机的转速不大于此值。5.2.4 测速码盘的调试测速码盘的调试，主要是测试对车速脉冲的检测是否可靠并看其在单位时间内捕捉的脉冲数是否能较理想地满足规律。5.3智能小车整体的调试5.3.1实验赛道环境及参数5.3.2智能小车整体调试与结果对智能小车在赛道上进行试车调试，是对小车各方面性能的总体评估和检验。主要的调试内容有以下几个方面： 1.舵机转向控制的调试 使小车对不同路线都能给出合适的转角，在直道行驶时应避免抖舵和振荡，在弯道行驶时应能够准确、顺畅地跟踪黑线。根据舵机的转向采用的控制策略，调整必要的参数；提高小车的转向性能及整体车速。 2.给定车速的调试 小车在比赛过程中要经过直道、弯道、S弯等各种复杂赛段，为保证小车行驶稳定，需在不同赛段设置该赛段的上限车速。3.速度控制调试 小车整体速度的提高应该要能使在直道速度更高，但弯道又不可冲出赛道。因此对于车速控制的调试主要集中在小车直道入弯减速的情况。通过调试可得到不同参数值的情况下小车偏移的最大距离以及小车整体运行的时间，以综合比较小车的快速和稳定性参数。6 总结通过这几个周的学习，并在指导老师的帮助下，我对文献综述有了较深的体会。文献综述是将所收集到的文献资料归纳、整理、分析比较，主要通过提出问题、分析问题，综合前人文献中提出的理论和事实，比较各种学术的观点，阐明所提出问题的历史，现状以及今后发展的方向，以及对这些问题的评述。实践之后我学会了总结和概括，并能系统地阐述相关内容。用单片机实现小车智能控制，这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。这几天的文献综述对我来说的意义，不仅仅是学习前人的知识，还须将理论知识与实践相结合，对不同方案论证并提出自己的观点和看法。这样提高了我们的实际动手能力和独立思考的能力。其中最重要的是团队合作，相近课题或有相同部分同学可以分工合作，可大大提高了效率。虽然我前期资料准备十分丰富，但拙于总结，自我感觉论述有些简单，文献综述完成得较仓促。但我得到了很多远大于此的东西！参考文献1 邵贝贝，单片机嵌入式应用的在线开发方法M.北京：清华大学出版社，2004.2 卓晴，黄开胜，邵贝贝等 学做智能车挑战“飞思卡尔”杯M. 北京：北京航空航天出版社，2007.33 王威 HCS12微控制器原理及应用. 北京航空航天大学出版社 2007.4 郁有文，常健 传感器原理及工程应用. 西安：电子科技大学出版社，2008.75 梅丽凤，王艳秋，汪毓铎 张军 单片机原理及接口技术, 北京：清华大学出版社 20066 阎石 数字电子技术基础北京：高等教育出版社7 童诗白，华成英模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社20008 谭浩强 C语言程序设计. 北京：清华大学出版社1999.9 老木Freescale CodeWarrior Development Studio for HC08 Version 5.0 Setup快速入门，200610 / 智能车制作论坛11 /飞思卡尔全国大学生智能车竞赛论坛12 MC33886 Technical Data, Freescale SemiconductorDB/OL.13 石端伟. 机械动力学M. 北京：中国电力出版社，2007.14 蔡兴旺. 汽车概论M. 北京：机械工业出版社，2005-9.15 刘金琨. 智能控制M. 北京：电子工业出版社，2005-5.信 息 工 程 学 院毕业设计文献综述姓名： 张建科 学号： 5011207119 专业： 计算机科学与技术 班级： 计科11-1 电子智能小车的设计与实现- 文献综述作者：张建科 指导老师：孟洪斌摘要：本次设计的智能循迹小车是以单片机89c51为主控制器。运用反射式红外传感器来进行路径检测和速度监测模块。将检测数据传回单片机进行处理，同时，用单片机产生PWM波来控制小车的行进速度，并实时控制小车的行进状态。另外，在小车上还扩展了LCD作为人机交互界面，以便于实时了解小车个监测传感器的状态机小车的实时数据，由于本次设计的是智能自动循迹小车，整个任务过程无需人工的任何干预，故而没有进行键盘及遥控等的人工操作设备。用多路传感器的实时监测和算法的紧密配合来保证小车的顺畅完成任务。关键字：80c51单片机，c/c+/汇编语言编程，电子智能小车，光电检测器 一、 引言智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大。本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物，进行倒车、前进、左转、右转等动作。二、 主题部分 智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。2.1 理论的提出科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已经远远的超出了计算机科学领域。小到玩具、信用卡，大到航天飞机、机器人，从实现数据采集、远程控制、模糊控制等智能系统带人类的日常生活，到处离不开单片机，此设计正是单片机的一个典型的应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能，此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需求。在设计上，使用连个传感器来检测路面的情况，传感器的心海比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机功过的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路，各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试，系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于带那路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。2.2 电子智能小车的设计要求电动车能够能够按照行使路线跑完全程； 电动车能存储并显示检测到的金属片数目以及金属片至起跑线的距离； 要求电动车行使完全程后能够准确的显示电动车全程行使时间； 电动车在行使过程中不能与障碍物碰撞；2.3 计算机网络教学网站的总体构思采用89c51单片机作为小车的控制单元，在小车的前端就八路从外传感器，作为小车进入车库过程中黑带的检测元件，在小车的后端在接上八路红外线传感器作为小车退出车库时的黑带检测元件，采用LJ18A3-8-Z/BX电感式接近开关作为车库内铁片的检测元件，单片机接受到传感器检测到的信号后通过相应的程序控制小车的前进，后退，转弯，从而使小车的性能指标满足本次设计的要求。2.3.1 设计思路智能小车是智能车辆研究的一个分支。它以车轮作为移动机构、能够实现自主行驶，所以我们称之为智能小车。智能小车具有机器人的基本特征易于编程。它与遥控小车的不同之处在于，后者需要操作员来控制其转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度(常见的模型小车都属于这类遥控车)；而智能小车则可以通过计算机编程来实现其对小车启停、行驶方向以及速度的控制，无需人工干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序或者某些数据来改变它的行驶方式。这种可以通过编程来控制、改变小车行驶方式的特性是智能小车的最大特点。智能小车控制系统的研究目的是使得小车行驶具有更高自主性。如果任意给定小车一条无障路径，通过该系统，小车就可以得到系统对路径图形处理后的数据(位移与转角)，并能根据位移和转角信息按照预定路径行进。2.3.2 控制系统结构分析根据上述设计思路，可将智能小车控制系统的结构分为两层：1、规划层上位机控制系统，规划层提供的是小车行驶的全局信息，包括路径处理模块和通信模块。它要解决的基本问题有：(1) 使用什么工具处理小车的路径图形；(2) 建立小车的运动模型，计算出小车行驶所需的数据；(3) 采用什么方式发送数据。2、行为层下位机控制系统，行为层是智能小车控制系统的底层结构，实现对小车行驶的实时控制，它包括通信模块、电机控制模块和数据采集模块。它要解决的基本问题有：(1) 接收、处理上位机发送的数据信息；(2) 设计步进电机的控制系统；(3) 采集小车的位移和转角信息，定位小车姿态，分析系统控制误差；2.3.3 总设计方案由系统结构得到智能小车控制系统的命令流程：（1）启动AutoCAD，绘制或选择一条封闭曲线为小车路径，拾取小车的起始路径图元；（2）对选取的路径图形进行处理，使小车转弯处存在的棱角在最小转弯半径范围外以圆弧方式过渡；（3）生成新的路径图形，模拟小车的运动过程；（4）计算出小车行驶所需要的位移和车轮转角，并将此数据发送给下位机；（5）下位机接收数据后，通过软件编程控制小车车轮的转速和转角，使其按照预定路径前进。一个完整的控制系统要求系统的各功能模块联系紧密，根据上述命令流程和它们之间的关系，可得系统的总设计方案2.4 计算机网络教学网站的主要模块 设计主要有以下几个模块组成：1、 信息采集模块：信息采集部分是由光电检测和运算放大模块组成，光电检测有寻迹检测和测速检测两个部分。将检测到的信号经过预算放大模块lm324放大整形后送给单片机处理，其核心部分是几个光电传感器。2、 控制处理模块：控制处理模块是一一片stc89c52单片机为核心，单片机将从采集到的信息进行判断后，按照预定的算法处理，把处理的结果送交电机驱动和液晶显示模块，使之做出相应的动作。3、 执行模块：执行模块是由液晶显示、电机驱动及电机、蜂鸣器三部分组成。液晶主要是将单片机处理的结果进行实时显示，方便及时用户了解系统当前的状态，电机驱动根据单片机的指令对两个电机进行动作，使之能够根据需要作出相应的加速、减速、转弯、停车等的动作，以达到预期的目的。蜂鸣器主要是根据要求在特定的位置作出出响应来报告位置。2.5 开发中的关键问题及解决思路2.5.1 系统的硬件设计与实现整个硬件系统可分为控制部分模块、黑线轨迹探测模块、金属探测模块、障碍探测模块、光源探测模块、直流电机驱动模块、车灯显示模块、数码显示模块等。如图一。首先小车通过传感器检测黑线轨迹进行直线行走，在行走过程中通过金属传感器来检测金属的数目以及小车起始点到金属中点的距离，并且通过数码管显示出来；当小车行驶到直线尽头时，小车前部分的两个传感器会同时检测到一条黑线，这时，小车便开始进行180度的转弯，在转弯方案的选择上，我们采用以电机最大角度转弯来驱使小车进行180度的转弯；当小车转弯完毕后，会检测到一块金属片，这时小车就开始寻找光源，进行直走，当在直走的过程中遇到前方的障碍物时，小车便向后行驶，再通过光敏电阻调整小车寻找光源的位置，继续前进。直到小车撞到光源，小车便完成了全部的行驶过程。主控制模块数码显示模块黑线轨迹探测模块光源探测模块障碍物探测模块直流电机驱动模块车灯显示模块金属探测模块电流源图一、系统框图2.5.2 系统软件的设计软件编程是循迹小车的灵魂，小车精确地循迹基于合理的编程算法，为了便于调试结构明朗，小车的软件编程分为主函数、检测循迹函数和控制函数。其中，主函数合理地分配调用各个模块函数，主要负责各模块间的总体协调。循迹检测函数负责稳定地判定各种信息，将信息值返回，以便主函数或别的函数调用处理。控制函数主要负责小车的状态控制，根据传感器返回的信息准确地判定小车所处的位置，并做出相应的响应。其中控制函数中包含了各种算法以实现系统控制的稳定性。由于控制的数学模型不易建立。所有的函数算法均是经过无数次的调试而一步步的写出来的。在此处也不好给出具体的数学模型来阐述，函数的设计流程如下图。NO 右程序初始化设置初值小车前进判断传感器向左处理向右处理是否转弯是否有金属是否走完直线开始转弯前进是否有金属是否有障碍障碍处理离开障碍找光源寻找光源处返回左计算金属与起始距离YESNONOYESNONOYES三、 参考文献1徐国华 主编，移动机器人的发展现状及其趋势J机器人技术与应用，2001(3)2党宏社 主编，智能车辆系统发展及其关键技术概述J公路交通科技，2002(4)3尹念东 主编，智能车辆的研究及前景J上海汽车，2002(2) 4王荣本 主编，世界智能车辆研究概述J公路交通科技，2001(10)5王建农 主编自主移动机器人的导航研究R机器人，19976Dickmanns，ED，AZappAuto high speed road vehicle guidanceJcomputer,19877姚 佳 主编，智能小车的蔽障及路径规划D东南大学硕士论文20058徐国华 主编，谭民移动机器人的发展现状及其趋势J机器人技术与应用，2001(3)9白井良明同，机器人工程M北京：科学出版社，200110张毅刚 主编，新编MCS-51单片机应用设计，第一版,哈尔滨工业大学出版社,200311刘南平 主编，电子产品设计与制作技术，科学出版社，2008 12杨 刚 主编，电子系统设计与实践，电子工业出版社，2009.313余祖俊 主编，微机监测与控制应用系统设计， 北方交通大学出版社，2001.1214温志明 主编，运动控制系统分析与应用，国防工业出版社，2008.215催维娜 主编，智能电子制作，科学出版社，200716李忠文 主编，实用电机控制电路，化学工业出版社，2003.417张红润 主编，智能技术系统设计与开发，北京航空航天出版社，2007.218陈铁军 主编，智能控制理论及应用，清华大学出版社，2009.119刘少强 主编，传感器设计与应用实例，中国电力出版社，200820何立民 主编，单片机应用系统设计,北京：航天航空大学出版社,21李广弟 主编，单片机基础,北京：北京航空航天大学出版社,200122何希才 主编，新型实用电子电路400例,电子工业出版社,200023赵负图 主编,传感器集成电路手册,第一版,化学工业出版社,200424陈伯时 主编，电力拖动自动控制系统,第二版,北京:机械工业出版社,2000年6月25/表5 毕业设计（论文）文献综述浙 江 科 技 学 院本科毕业设计(论文)文 献 综 述 (2012届)题 目 基于STC89C51单片机智能小车的设计学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011年12月22日 一 本课题的研究意义随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。各种智能化小车在市场玩具中也占一个很大的比例。根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大改变：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年交2003年增长52%，而传统玩具的年销售额仅增长3%。英国玩具零售商协会选出的2001圣诞节最受欢迎的十大玩具中，有7款玩具配有电子元件。从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩家行业发展的主流。如今知识工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化开辟了广阔前景。因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的1。智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。2二本课题的发展历史、现状及发展趋势在80年代中期，设计和制造机器人的浪潮已席卷全球，世界上一些著名的公司开始研制移动机器人（此时的移动机器人的主要用作大学实验室及研究机构的实验平台），并促进了移动机器人学多种研究方向的出现。90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术、高适应性的移动机器人控制技术和真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人的更高层次的研究。现在机器人的应用越来越广，种类也越来越多，但大体上可分为轮式机器人和足式机器人。智能小车就是轮式机器人中的一种，虽然是最基本的机器人雏形，但其中已包含了大部分功能，综合国内外专家解释，可普遍认为机器人一般是具有如下功能的机器：（1）动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能； （2）有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；（3）有一定程度的智能，如记忆、感知、推测、决策和学习等； （4）有独立性，完整的机器人系统在工作时不依赖于人的操纵。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。机器人领域近几年有如下几个发展趋势：（1）性价比逐步提高，性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单价不断下降。（2）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。同时，器件集成度提高。从而，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。（3）传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、声觉、力觉、触觉等多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。（4）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操作机器人。（5）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的操作系统，使智能机器人走出实验室走入实用化阶段3。三本课题研究的关键问题及方法（1）主控单元的比较与选择方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，自动寻迹信号，无线遥控信号，语音控制信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。方案二：采用STC89C51单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集，送到单片机系统处理，同样包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，更能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现4。（2）避障单元的比较与选择方案一：采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。方案二：采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此通过调制信号产生38KHz的载波来减少外界的一些干扰。只要障碍物在限定范围内就会产生相对的电平供单片机控制，实现避障功能56。 （3）寻迹单元的比较与选择方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。方案二：利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现，比较可靠，因此采用方案二。当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时，可以检测到输入电平为高电平，反之为低电平。结合单片机查询方式，通过程序控制小车哪边轮胎转动来改变方向。这样不断循环检测，方向控制，使小车按黑线行走78。 （4）遥控单元的比较与选择方案一：由发射和接收两大部分组成红外遥控系统，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路等。相对结构比较复杂，而且使用的时候必须将遥控器前的红外发射孔对准接收管才可以。方案二：无线电遥控也由发射和接收两大部分组成，由于无线电遥控模块在市场上非常普及，加上无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等优点，对于小车的控制是一个不错的选择。方案三：超声波遥控是利用超声波来传送指令的遥控，可以应用于需要遥控、遥测的场合。采用AX5326与AX5327等构成的遥控系统具有体积小、功耗低、功能强大、抗干扰能力强等优点。但由于超声波遥控价格相对上面两种价格较贵，而且对于小车的遥控也太过于夸大化910。结合三种方案，最终选择用电量、发射、接受功率都不大，一般的小障碍也可以穿越，而且遥控无方向性的无线电遥控。四参考文献：1. 曾增烽，刘浩，李雪，基于51单片机的串行通信协议的实现J，中国矿业大学 信电学院，221008；2. 赵海兰，基于单片机的红外遥控智能小车的设计J，无线互联科技-2011年3期；3. 何立民 单片机技术的现状与未来J 中国计算机报 1995年 No：30；4. 周淑娟，基于单片机智能寻迹小车的设计方案J，工业技术与职业教育-2011年6月第9卷第2期；5. 韩毅，杨天. 基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现J.学术期刊，2008，29（18）：1535-1955；6. 于连国,李伟,王妍玮, 基于单片机的智能小车设计J, 林业机械与木工设备-2011年4期；7. 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