智能车技术报告(新)

1、学 校：南京工业大学专 业：电子信息工程参赛队员： 沈春娟袁乐乐袁冯杰引言根据本次比赛规则的要求，结合“飞思卡尔”的一些要求，本队已经完成了 智能车系统的设计、制作、安装和调试。该智能车的设计思路是：首先，通过路 径识别传感器采集路径信息，经STC12C5A32S单片机处理输出控制信号，通过电 机驱动控制两个直流电机的转速，实现智能车快速寻迹的目的。利用红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航的设计与实现。使用红外反射 式传感器感知与地面颜色有较大反差的引导线， 从而实现自主式寻迹。利用PWM技术对直流电机进行速度调节，两轮驱动，运用两个直流电机转速差异进行方向 的控制调节。本文所述智能车寻迹系统

2、采用红外反射式传感器识别路径上的黑线，通过 PW技术对两个直流电机的速度进行控制，由速度差决定转向的角度，使用开环 控制结合P算法对速度进行简单修正实现直流电机的速度控制。该系统以ST（公司的生产的单片机STC12C5A32S为控制核心，主要由电源模块、核心控制模块、 路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成。为了使智能车 更加快速、平稳、准确地行驶，本系统将路径识别，车速的快速检测与响应，电 机和直流驱动电机的正确控制紧密地结合在一起。技术报告共分为五个部分：第一部分为引言；第二部分是智能车系统设计， 介绍智能车总体设计和软、硬件设计及实现方案；第三章是控制算法设计，详述 智

3、能车软件实现；第四章是实验验证；第五章是总结。欢迎下载3智能车系统设计硬件设计本系统硬件部分由电源模块、主控制器模块、路径识别模块、（车速检测模块）和直流驱动电机控制模块组成，系统硬件结构如图所示电淋愉入即SU SPST1. 主控制器模块本系统中，主控制器模块采用 STC 12C5A32S2单片机。STC公司的单片机 STC 12C5A32S2主要特点就是功能高度的集中，并且易于扩展，超强抗干扰， 超强抗静电，低功耗。拥有2个16位定时器（兼容普通8051定时器T0/T1），2 路PCA可再实现2个定时器，拥有8通道、10位高速ADC，速度可达25万次 /秒，2路PWM还可当2路D/A使用。该

4、单片机的运算能力强，自由度大，软 件编程灵活。支持C语言程序设计、汇编语言程序设计以及C语言与汇编语言的 混合程序设计，在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，极大地方便了用户的使 用，提高了系统开发效率。我们选择这款单片机主要是因为该单片机集成了两路 可编程计数器阵列（PCA）模块，可用于脉宽调制（PWM输出，来控制车轮的转速。2. 电源模块本系统中，为满足智能车各部分正常工作的需要，本系统采用12V 25C航模电池，通过外围电路的整定，电源被分配给各个模块。电源模块分为两个部分，为了保证控制核心的稳定性，单独供电，主电路板 供电采用7805集成稳压块，该集成电路输出电压稳定，加之直流供电，不

5、需要 复杂的滤波系统。缺点发热量大，电能利用率低，所以7805可以满足系统要求。 电路如图所示：78 QS-Vin VoutGKD直流电机驱动电源采用LM317T可调三端稳压电路，该电路可以调节输出电 压，由于L298n存在压降，使用可调稳压模块可以方便调节电机的电压，控制转3. 路径识别模块本系统的路径识别模块采用收发一体的红外反射式光电传感器RG149乍为路径的基本检测元件。该器件对黑白反应灵敏，几乎不受自然光线影响，反馈的电 信号稳定，RG149勺封装比较适合稠密排布，硬件电路简单且易于实现。下图为 其硬件原理图。如图所示，发射管串接一 330的电阻，向反射平面（跑道）发 出红外光，如果

6、红外光被黑色路径吸收，则LM339比较器的3号脚将呈现高电平 电平，通过与2号脚设定的参考电平比较，产生高电平输出；相反则产生低电平 输出o LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，失调电压小，典型值为2mV 还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与 TTL、CMO电路接口。路径识别模块的安装如下图所示，9个RG149按 “一”字形排列在电路板上。 由于标准大赛跑道的黑色轨迹的宽度为2.5c m，选择每个光电管的相互间隔为2cm,依次排开。如此可能出现两个光电管同时检测到黑线，从而增加了光电管 检测区间，相应地提高了识别精度。整个路径识别模块电路板安装在车头的两个 支架上。电路板安装越靠

7、前，则智能车的预瞄性能越强，检测连续弯道的效果突 出；越靠后安装，智能车的直道稳定性越好。因此“一”字形的排布以及这种安 装可以应对灵活多变的跑道。本系统的路径识别电路是开关量输出，因此路径信息可以通过简单电平分析 得到。参考本次比赛赛道说明，系统中将十一个光电管的检测范围划分成17个区间，所以本系统对路径的识别共有 18种电平状态。由此可以简化软件设计， 从而缩减路径判断的时间，进而迅速控制车子转向。4. 车速检测模块本系统的车速检测模块采用LM2907芯片，LM290为集成式频率/电压转换 器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，号转换为直流电压信号。GJ4D R.un.1l：k

8、FinNC匚1R1U-UF1NCVCC1和:KJHvcc欢迎下载7LM2907工作原理:当输入电压ui0时，比较器的输出使阈值开关电路转向上限阈值电平3/4V+，此时给电容cl和c2充电的电流源ic 接通。当电容器cl充电到3/4V+ 时，ic又被断开，此后电容器cl保持这个电平直到输入电压变为负值。当输 入电压ui0时，给电容c2充电并为cl放电的电流源iD接通，当cl从3/4V+放电到下限阈值电平1/4V+时，iD再断开 此后cl保持这个电平直到输入电压再 次变成正值为止，如此周而复始重复不已。注：但是由于马力不足没有把测速模块加上去。5. 电机驱动模块本系统采用的电机驱动芯片为 L298

9、。L298是双H桥高电压大电流功率集成 电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步 进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V,直流电流总和可达4A。其内部 具有2个完全相同的PWMfe率放大回路。其中两个使能端由单片机的PWM输出 端提供，从而设置两个车轮的转速。VCC VSjIE.沁Q二:!TJ1vs据EAOOT1 OUT2OUT3ENBOOT4ESEXA1.PWM模 块在设计循迹小车的程序时，主要是对速度的控制，这也是我们为什么选了一款自 带PWM模块的单片机，而没有选择常用的80C51的原因。下面我就简单介绍一下 PW啲程序。原理：当寄存器CL的值小于E

10、PCnL, CCAPnL时，输出为低；当寄存器 CL的 值等于或大于EPCnL, CCAPnL时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时， EPCnH, CCAPnH的内容装载到EPCnL, CCAPnL中。这样就可实现无干扰地更 新PWM。要使能PWM模式，模块 CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必 须置位。由于PWM1 8位的，所以：PW啲频率=PCA寸钟输入源频率/256。由于我们采用的系统时钟是 11.0592M,频率太高，车子的速度难以达到。所以 利用定时器0的溢出对系统时钟进行了分频，经过测试，我们最终把PW啲频率 定为490HZ2.循迹模块最终目的是当智能车在直道行驶时， 方向迅速保持稳定、不颤动，同时速度迅速升到设定的最大值并稳定；当智能车由直道高速进入弯道时，速度根据弯道的曲率迅速做出相应的改变，原则是弯道曲率越大则两车轮的速度差越大；而当智能车遇到十字交叉路段或是脱离轨迹等特殊情况时，智能车保持与上次正常情 况一致的方向，速度则相应的降低。首先通过路径识别模块的9个“一”字形排 列的光电传感器检测轨迹黑线的当前位置。 然后根据检测结果判断智能车与轨迹 偏离的情况。若被正中间的光