基于单片机的智能循迹小车(文献综述)-(3)

电子智能小车的设计与实现- 文献综述摘要：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，