自动识别路径智能小车研发设计

1、目录论文关键字论文摘要 2 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。一、模块方案比较与论证 ：2聞創沟燴鐺險爱氇谴净。残骛謀荞1. 车体设计 2楼諍锩瀨濟溆塹籟。2电机模块 2酽锕极額閉镇桧猪訣锥。3电机驱动模块 2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。4寻迹传感器模块 2抟箧飆鐸怼类蒋薔。5控制器模块 2礴恳蹒骈時盡继價骚。6电源模块 3桢广鳓鯡选块网羈泪。二、系统总体设计 ：3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1. 系统工作原理及功能简介 3籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2. 系统框架图 3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3. 理论分析与计算 4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。4. 系统主要模块设计：铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。三、系统硬件电路设计 5擁締凤袜备訊顎轮

2、烂蔷。1软件算法设计： 6 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.主程序流程图 6 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3. 具体代码分析四、软件代码设计 7蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。五、系统功能测试 7買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。自动识别路径的智能小车设计论文关键字 ：智能小车 电机 驱动 L298 自动循迹 传感器 算法论文摘要 ：本系统采用存储空间较大的 AT89S52 作为主控制芯片， 电动车电机驱动采用L298N芯片；结合GP2A25光电开关，能较有效的控制其在特定位置转弯角度及行驶出错 处理；采用 LD-5461AS 数码管来显示系统分阶段运行的时间， 能够较准确较清晰地显示两个 数码管位的显示，三者的结合使电动车更

3、加智能化，自动化，可视化。该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。一、模块方案比较与论证 ：1. 车体设计方案 1：自己制作电动车。一般的说来，自己制作的车体比较粗糙，对于白色基板上的 道路面行驶， 车身重量以及平衡都要有精确的测量， 而且也要控制好小车行驶的路线和转弯 的力矩及角度，这些都比较难良好地实现。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。方案 2：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮。我们可以保留 左右两轮转动动轴， 并改换转轴力矩大的电机来精确调节转弯角度， 采取保留后方向轮， 并使用直流电机进行驱动的方案。 玩具电动车具有如下优点： 首先，这种玩具电

4、动车由于装配 紧凑，使得各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观。其次，玩具电动车是依靠电机与相关齿轮一起驱动， 能适应题目中小车准确前进、后退、 转弯的要求，而且这种电动车 一般都价格适中。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。基于以上分析，我选择了方案二2. 电机模块方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可 以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。方案2 :直流电机：直

5、流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适 当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节， 可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。基于以上分析，我选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。3. 电机驱动模块方案1 :采用SM6135W 电机遥控驱动模块。 SM6135W 是专为遥控车设计的大规模 集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制， 而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且

6、该电机模块价格比较高。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。方案2 :采用电机驱动芯片 L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通 道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。表1 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。EN A (B)N1 (IN3)IN2 (IN4 )电机运行情况HHL正转HH反转H同 IN2 (IN4 )同 IN2 ( IN4

7、)快速停止LXX停止基于以上分析，我选择了方案二，用L298N来做为电机的驱动芯片。4寻迹传感器模块方案 1：采用发光二极管 +光敏电阻，该方案缺点：易受到外界光源的干扰，有时甚至 检测不到黑线， 主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表 材料 的反射情况均对检测效果产生直接影响。 克服此缺点的方法： 采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰， 但这又会增加检测系统的功耗。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。方案 2：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可 大幅度减少外界的干扰； 此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流， 如果采用占空比 小的调制信号，在平均电流不

8、变的情况下，瞬时电流很大（50100mA ）（ST-188允许的最大输入电流为 50mA ），则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在5us。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。方案 3：采用 CCD 传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存 在信息处理满， 实时性差等缺点， 因此若采用 CCD 传感器， 无疑会加重单片机的处理负担， 不利于实现更好的控制策略。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。根据以上分析我采用方案 25控制器模块方案 1 ：采用凌阳的 SPCE061A 小板作为主控制芯片， 而且可以采用凌阳的小车模组， 可以很快的完成其基本功能， 当是用该小板存在在一定的局限性， 较难扩

9、张功能， 而且各个 模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。方案 2：采用 AT89S52 作为主控制芯片，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线ISP 下载程序，能够满足该系统软件的需要，该芯片提供了两个计数器中断，对于本作品系 统已经足够，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间， 有很好的实时性。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。基于以上分析，我选择了方案二，采用 AT89S52 作为电动车的主控制芯片。6电源模块在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V， L298N 芯片的电源 5V 和电机的电源7 1 5V 。所以需要对电源的提供必须正确和稳

10、定可靠。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。方案 1：用 9V 的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用 7805稳压管来把高电压稳成 5V 分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致 后轮电机动力不足。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。方案 2：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相 影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用 6节干电池 7.2V 来驱动电机芯片，然后用7805稳压管来稳成5V供给单片机，后轮电机的电源用 3V供电，这样有助于消除电 机干扰，提高系统的稳定性。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。基于以上分析，我选择了方案二。二、系统总体设计1. 系

11、统工作原理及功能简介：本系统利用单片机 AT89S52单片机作为本系统的主控模块，该单片机可以将从传感器 的输出信号得到外界的信息，然后在程序中控制单片机对电动车上的直流电机的输出，从而实现电动车的前进以及转弯等循迹行驶。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2. 系统框架图电源循迹传感模块控制信号/控制模块电机驱动模块控制信号厂3. 理论分析与计算4. 系统主要模块设计：(1) 电源：为确保小车在行驶过程中各部件均能正常工作且相互之间不受影响，我们可使用了两个电源为两个主要模块提供电压。分别是由转弯电机、 单片机和光电传感器组成的总电路电源模块以及后轮驱动电源模块。谚辞調担鈧谄动禪泻類。(2) 转弯与路径出

12、错识别：小车在行驶过程中会遇到以下两种路况： 当小车由直道高速进入弯道时，转角方向和车速应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方向变化角度越大。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 当小车遇到十字交叉路段或是脱离轨迹等特殊情况时，智能车应当保持与上次正 常情况一致的方向行驶。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。(3) 光电传感器：光电传感分布格局：路径识别方案： 电开关脱离轨道时， 等待外面任意一只检测到黑线后， 做出相应的转向 调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线 (即回到轨道) 再恢复正向行驶。 现场实测表明， 虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆。 但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接

13、近 于沿靠轨道行驶。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。三、系统硬件电路设计(1) 系统整体电路图如下：(2) 光电传感器电路(3) 电源电路四、软件代码设计1软件算法设计：(1)传感器数据处理及寻迹程序总体流程：主程序主要起到一个导向和决策功能。 其设计思路根据小车所处位置的不同， 确定小车 的任务。 在黑线轨道上走直线时， 对传感器的信号进行及时的判断， 左边信号为零时控制电 机左转，右边为零时控制电机右转。在弯道时，为了不冲出轨道，是左轮一直打偏，直到检 测到右边信号为零时控制电机右转，当右信号为 1 时，继续使左轮一直偏。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯 骛。(2)具体流程分析：智能小车采用 4 个光学传感器

14、置于小车前部 ,以此判断如何控制舵机转向 .程序不停判断03传感器的值，当SENS0R1=1与SENSOR0=0时，小车为图（I）情况， 此时应控制舵机向右转，调用TurnRight（）函数；当SENSOR0=1与SENSOR1=0时，小车为图 （II）情况，此时应控制舵机向右转 ，调用TurnLeft（）函数.颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。(I)(II)但由于传感器比较灵敏，经实际测试，白色区域中可能存在杂色，传感器有可能扫描到白 色区域中的黑色（如下图），为了避免判断错误，再没检测到需要转右或者转左后 ，进行延时，接 着再次判断此时传感器情况 ，如果仍然为SENSOR1=1与SENSOR0=0（或

15、者SENSOR0=1 与SENSOR1=0）则可能判断在黑色跑道上，接着调用转右（转左）函数.不过，仍然有一定几率 判断失误，当延时后，传感器刚好经过另一个杂色的情况，解决方法有待完善.濫驂膽閉驟羥闈詔寢 賻。当前后传感器都为1（黑）时（如下图（III），则认为小车在黑色跑道上，不需要进行转向，调RecoverBalance（）函数，恢复平衡位置.銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼，为了另小车0为左），此时当前后传感器都为 0（白）时（如下图（IV）,则认为传感器将离开跑道范围 继续延黑色跑道行走，程序中的pre_dir变量保存最近一次转向方向（1为右， 凭此变量来维持小车的转向挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2主程

16、序流程图:nfKI幄担Jiw 畑戲）prt_dir -TS FK dirKO转冋TH啞覽3.具体代码分析：/宏定义电机、舵机的输入端 #defi ne ELE_MACHINER1_IN1 P0_0 舵机输入端口#defi ne ELE_MACHINER1_IN2 P0_1 舵机输入端口P2_7舵机使能端#defi ne ELE_MACHINER1_EN/宏定义光电传感器元件0至3#defi ne SENSOR_INPUT P2/光电传感器总端口（逆时针排序）前传感器0右传感器1#defi ne SENSOR0 P3_0#defi ne SENSOR1 P3_1#define SENSOR2 P

17、3_2/左传感器 2#define SENSOR3 P3_3/后传感器 3/* 平衡函数 */void RecoverBalance()ELE_MACHINER1_IN1 = 0;/ 控制舵机平衡ELE_MACHINER1_IN2 = 0;/* 转左函数 */void TurnLeft() char i = 50;while(i-) ELE_MACHINER1_IN1 = 1;/ 控制舵机左转ELE_MACHINER1_IN2 = 0; /* 转左函数 */void TurnRight() char i = 50;while(i-)ELE_MACHINER1_IN1 = 0;/ 控制舵机右转E

18、LE_MACHINER1_IN2 = 1;/* 主函数 */ void main(void) uchar pre_dir=0;/ 保存先前转向 1 为右 ,0 为左system_initial();/系统开机初始化ELE_MACHINER1_IN1=0; / 舵机输入端口 1 ELE_MACHINER1_IN2=0; / 舵机输入端口 2 ELE_MACHINER1_EN=1;/ 舵机使能端while(1) /* 循环判断 */* 如果右传感器为 1(黑) ,且左传感器为 0(白)，则可能需要向右转*/if(SENSOR1 = 1 & SENSOR2 = 0) delay(2); /* 延时，

19、再次判断，防止赛道杂色 */if(SENSOR1 = 1 & SENSOR2 = 0) TurnRight(); /* 调用右转函数 */pre_dir = 1; /* 将 pre_dir 置 1(右) */* 如果左传感器为 1(黑) ,且右传感器为 0(白)，则可能需要向左转 */ else if(SENSOR2 = 1 & SENSOR1 = 0) delay(2); /* 延时，再次判断，防止赛道杂色 */if(SENSOR2 = 1 & SENSOR1 = 0) TurnLeft(); /* 调用左转函数 */pre_dir = 0; /* 将 pre_dir 置 0(左) */* 如果前传感器为 1(黑) ,且后传感器为 1(黑)，则小车在黑线路径上，不需要转向 */else if(SENSOR0 = 1 & SENSOR3 = 1)RecoverBalance();/* 如果前传感器为 0(白)，则可知前面弯度比较大或者小车已出黑线，则根据先 前转向转向 */else if(SENSOR0 = 0)if(pre_dir) /* 定义变量 pre_dir 保存最近一次转向方