智能车实验报告
智能车实验报告
一．设计目标：
小车能自己识别道路，自主导航跑过指定道路。二．总体方案设计：
自动循迹智能汽车系统结构框图
单片机控制器
主板电源结构框图
2.1道路识别
根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。
2.2原理流程图
2.3信号滤波过程
由于系统中存在噪声或干扰，进行算法滤波抑制和防止干扰是一项重要措施。可以选择“加权递推平均滤波法”。
2.4赛道检测方式
赛道路径几何特点:
由直线和圆弧组成。
2.5赛道路径检测内容：确定路径中心位置。
确定路径方向。
确定路径曲率。
需要在赛道垂直方向上
3－5点便可确定道路参数。
2.6赛道路径检测方法
最简单的方法：查表法
根据检测到的电压值，算出左右差值，每一个范围内的值，对应一个舵机转角。
缺点：速度快时，动态响应性不太好
PD控制方法：根据检测到的电压值，算出左右差值∆U1，并记录上次检测的左右差值∆U0，
PWM∆
-
VAL
∆
=
P
+
∆
D
U
1
)2
1
(*
U
_U
*
特点：P和D的参数调整合适会使转向比较平稳。
需要队员根据自己车的参数调整
舵机及电机驱动
利用占空比的变化，改变舵机的位置。方波脉冲信号的周期
为20ms，当方波脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，角度变化与脉冲宽度的变化成正比
电路连接好后，用一个逻辑输出的信号来控制马达。高电平（逻辑1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑0）让继电器断开，马达停止。
在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，可以控制马
达的反转，断开继电器就能控制停止。
想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——最简单的就是H桥电路。H桥电路的“H”的意思是它实际电路在电路图上是一个字母H的样式。
马达速度。如果在其中一种状态下，频繁的切换开关状态，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来的是马达速度的变化。
电机驱动板
2.7电机速度控制
一、低速恒速控制
二、根据赛道状态进行变速控制
分段控制
将赛道分为直道，小半径弯道，大半径弯道，丢失路线。
不同的赛道对应不同的速度。
这些速度可以根据赛道的具体情况通过按键在比赛准备时设定。PID控制
测速反馈构成的闭环控制
三.硬件电路设计
核心板
母版
四.软件设计
编程方法概述
控制系统软件组成]：
系统软件：各种操作系统、编译软件等通用软件
应用软件：用户设计的处理特定任务的专用软件
程序设计的基本方法
明确任务：MCU在控制系统中的作用、采用的控制算法、输入/输出
信号的类型和频率、系统干扰类型、软件和硬件的功能划分等。编程方法：模块化与结构化程序设计。
1.模块化程序设计
模块化程序设计，其思想就是把整个程序分解为若干个具有
单入口单出口结构的子任务或功能模块，每个模块执行单一的功能，各个模块分别设计、调试成功之后再装配在一起，成为一个完整的程序。
（1）自底向上模块化设计。首先对最低层模块进行设计、编码、测试和调试。这些模块正常工作后，就可以用它来开发高层的模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。
（2）自顶向下模块化设计。首先对最高层模块进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块，可以用“结点”来代替还未编码的较低层模块，但这些“结点”的输入和输出应满足程序说明部分的要求，但功能少得多。该方法一般适合用高级语言来设计程序。
2.结构化程序设计
结构化程序设计的基本思想是：任何程序都可用三种基本结构
表示，即顺序结构、选择结构和循环结构。由这三种基本结构经过反复嵌套构成的程序称为结构化程序。
三种结构形式
对应用程序的基本要求
实时性：指在被控制对象允许的时间范围内对系统进行采样、计算、处理、控制。采用汇编语言设计的应用程序的实时性最好。针对性：根据系统的具体需要设计应用程序。
灵活通用性：应用程序应具有一定的可移植性，可采用模块结构，将通用功能程序设计成与具体任务无关的子程序。
可靠性：应用程序应采用自检、软件陷阱、WATCHDOG等软件措施防止程序死机或失控。
应用程序的分类
过程监视程序：为监视和控制生产过程提供的人机界面（HMI），如各种键盘输入和CRT、LED、LCD显示输出等。
数据处理程序：A/D、D/A、数字滤波、线性化处理、工程转换等。控制算法程序：实现特定的控制要求，如PID、FUZZY等。
输出控制程序：将控制算法的结果转换成对执行机构的输出，如步
进电机的启停和加、减速，直流电机的速度调节等。
故障自诊断程序：检测控制系统各部分的工作状态，如RAM、ROM的
校验和检验，A/D和D/A的自检、显示装置自检等。
3.数字滤波程序设计
数字滤波是一种程序滤波，通过程序运算对采样信号进行平滑处理，消除或减少噪声的影响。与模拟滤波器比较，数字滤波具有以下优点：
（1）不需要增加硬件设备，且多通道可用一个滤波程序。（2）无阻抗匹配问题，可靠性高。
（3）可以对极低频率（0.01Hz）的干扰信号进行滤波。
（4）滤波器的参数调整方便灵活。
1.限幅滤波
限幅滤波是根据经验，确定连续两次采样信号的最大偏差。如果超过此偏差，则采样信号为干扰信号，放弃不用；否则采样信号有效。
设Y(K)、Y(K-1)、Y分别为本次采样、上次采样和最大偏差。当|Y(K)-Y(K-1)| Y时，Y(K)有效，保留为本次采样信号；
当|Y(K)-Y(K-1)| > Y时，Y(K)无效，以Y(K-1)为本次采样信号。
当信号幅度变化比较缓慢时，限幅滤波对于冲击性脉冲干扰的滤波效果较好。
2.中值滤波
中值滤波是在采样时刻到来时，连续进行n 次采样，并对这n 个采样值进行排序，取中间位置的采样值为本次采样信号值。中值滤波对于滤除变化缓慢信号中的脉冲干扰效果较好。采样值的排序可采用插入排序、冒泡排序、选择排序等通用的排序方法。
3. 算术平均值滤波
设在采样时刻k 到来时，连续进行N 次采样。设Y(k)为需要的第k 次采样的信号值，令Y(k)与各采样值的误差平方和最小。即： ∑∑∑====-==N
i N
i N i i x N k Y i x k Y i e S 112
121)
()(]))()((min[])(min[ 上式就是算术平均值滤波算法的公式，x(i)为第i 次采样值，Y(k)为滤波算法的输出值（平均值）。
为了提高运算速度，也可用本次采样值与前N -1次采样值进行算术平均值滤波（移动平均值滤波）。
适用于对周期性干扰信号的滤波。N 的取值决定平滑程度。
4.一阶惯性滤波
RC 滤波电路是模拟量输入通道中常用的低通滤波方法，可以滤除信号中的高频干扰。但对于频率很低的干扰，R 、C 参数的选择非常困难。一阶惯性滤波是一种以数字形式实现的低通滤波算法，其滤波公式可以通过对RC 滤波电路的传递函数进行离
散处理得到：
RC 滤波电路的传递函数为：RC T s T s X s Y s G f f =+==,11)()()(
离散化处理后可得：
f -T/T e -1 )()()()(=+--=αααk x k y k y 11 其中，Tf 为滤波时间常数，T 为采样周期，y(k)、y(k -1)分别为第
k 、k -1次滤波输出，x(k)是第k 次采样值。 4.线性化处理程序设计
传感器的输入/输出特性通常有一定的非线性特征，微机直接计算处理比较困难。线性化处理就是要提供简化、实用的计算处理方法。
1. 计算法
当传感器的输入/输出特性有明确的数学表达式时，可将该表达式转化成简单的线性运算的多次循环迭代。
例：热电偶的输出热电势E 与被测温度T 的关系为： T = a4E4 + a3E3 + a2E2 + a1E + a0 （a ）
上式可简化成 T ={[(a4E + a3)E + a2]E + a1}E + a0 （b ）
这样可将一个高次多项式简化成线性运算(Ax+B)的4次迭代。
2. 查表法
当传感器的输入/输出特性非常复杂，或没有明确的数学表达式
时，可以事先计算好每个输入对应的输出数据，并将这些数据做成表格存入微机。给定一个输入，通过查表就可得到其输出。（1）顺序查表法：
顺序查找: 是一种最简单的查找方法，对数据表的结构无任何要求，是针对无序排列表格的一种方法。
查找过程：从数据表头开始，依次取出每个记录的关键字，再与待查记录的关键字比较。如果两者相符，那就表明查到了记录。如果整个表查找完毕仍未找到所需记录，则查找结束。
（2）计算查表法：
当输入值之间存在线性关系时，可将输出值按对应的输入值从小到大排列。当要查找某个输入值对应的输出值时，通过计算可以得到其输出值的存放地址。
例.设输入为0、1、2……9；对应输出值为Y(0),Y(1)……Y(9)，依次存放在#TAB开始的RAM单元中，则输入值I对应的输出的存放地址为：LOC（I）= #TAB + I
（3）对分查表法：
对分查找的具体过程（设有一个按关键字从小到大顺序排列的数据表，待查的关键字为Di）：先选取数据表中间的一个数据与Di比较，如果相等，则查到；如果关键字Di大于中间数据，那就再取数据表的后半部分中间的数据，与关键字比较；如果关键字Di小于中间数据，那就再取数据表前半部分中间的数据与关键字比较；……。这样重复进行，直至找到为止。如果没有，则
查找失败。
3. 折线法
当传感器的输入/输出特性用一条曲线表示时，可以根据曲线的形状将其分成若干段直线。即用分段线性的折线逼近整条曲线。 折线可用拐点序列(Vi1,Vo1),…,(Vik,Vok)确定。
当给定一个输入Vi 时，首先确定其所在的区间Vim om i im 1im om 1om o V )V (V )V (V )V (V V im +-⋅--=++ i1i2i3i4i5V V V V V 2.3 标度变换程序设计 1.线性参数标度变换 这种标度变换的前提是被测参数值与A ／D 转换结果之间为 摘要 本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。本次设计采用STC公司的89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面，同时具有抗环境干扰能力，电机模块由L298N芯片和两个直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用7.2V的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能。 关键词智能小车STC89C52单片机L298N 红外光对管 1绪论 随着科学技术的发展，机器人的设计越来越精细，功能越来越复杂，智能小车作为其的一个分支，也在不断发展。在近几年的电子设计大赛中，关于小车的智能化功能的实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计的道路自行寻迹。 2设计任务与要求 采用MCS-51单片机为控制芯片（也可采用其他的芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度10mm 左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进的智能寻迹机器小车。 3方案设计与方案选择 3.1硬件部分 可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。 3.1.1单片机模块 为小车运行的核心部件，起控制小车的所有运行状态的作用。由于以前自己开发板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。STC89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。其程序和数据存储是分开的。 3.1.2传感器模块 方案一：使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但是光照影响很大，不能稳定工作。 方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时 DIY达人赛 基于STC89C52 单片机智能寻迹小车 实 验 报 告 参赛队伍: 队员： 2014年4月 一、引言 我们所处的这个时代是信息革命的时代，各种新技术、新思想层出不穷，纵观世界范围内智能汽车技术的发展，每一次新的进步无不是受新技术新思想的推动。随着汽车工业的迅速发展，传统的汽车的发展逐渐趋于饱和。伴随着电子技术和嵌入式技术的迅猛发展，这使得汽车日渐走向智能化。智能汽车由原先的驾驶更加简单更加安全更加舒适，逐渐的向智能驾驶系统方向发展。智能驾驶系统相当于智能机器人，能代替人驾驶汽车。它主要是通过安装在前后保险杠及两侧的红外线摄像机，对汽车前后左右一定区域进行不停地扫描和监视。计算机、电子地图和光化学传感器等对红外线摄像机传来的信号进行分析计算，并根据道路交通信息管理系统传来的交通信息，代替人的大脑发出指令，指挥执行系统操作汽车。 1、来源 汽车的智能化是21 世纪汽车产业的核心竞争力之一。汽车的智能化是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技。 2、智能汽车国外发展情况 从20 世纪70 年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，目前在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。目前日本、欧美已有企业取得实用化成果。与国外相比，国内在智能车辆方面的研究起步较晚，规模较小，开展这方面研究工作的单位主要是一些大学和研究所，如国防科技大学、清华大学、吉林大学、北京理工大学、长安大学、沈阳自动化所等。我国从20 世纪80 年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992 年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。先后研制出四代无人驾驶汽车。第四代全自主无人驾驶汽车于2000 年 6 月在长沙市绕城高速公路上进行了全自主无人驾驶试验，试验最高时速达到75.6Km/h。 3、我们的小车 简单电子系统设计报告 ---------智能循迹小车 学号201009130102 年级10 学院理学院 专业电子信息科学与技术 姓名马洪岳 指导教师刘怀强 摘要 本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。采用与白色地面色差很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。 本设计采用单片机STC89C51作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电路。自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机通过控制驱动芯片L298N驱动电动小车的电机，实现小车的动作。 关键词：STC89C51单片机；L298N；红外传感器；寻迹 一、设计目的 通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。 二、设计要求 该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。 三、软硬件设计 硬件电路的设计 1、最小系统： 小车采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下： （1）、电源电路：给单片机提供5V电源。 （2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。 图1 单片机最小系统原理图 2、电源电路设计： 模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用5V电源。考虑到电源为电池组，额定电压为4.5V，实际充满电后电压则为4-4.5V，所以单片机及传感器模块采用最小系统模块稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。 3、传感器电路： 智能小车实验报告 智能小车实验报告 实验目的： 掌握基本的电路连接方法，熟悉智能小车的组装方法，并能通过编程控制小车的运动。 实验器材： 硬件：arduino开发板、直流电机、电池盒、轮胎、线材 软件：Arduino IDE 实验过程： 1. 将直流电机连接到arduino开发板上，其中电机的正极连接 至arduino开发板的13号引脚，负极连接至地（GND）引脚。 2. 将arduino开发板连接到电脑上，并在Arduino IDE中编写 程序。通过arduino开发板的13号引脚，控制电机的正反转，实现小车的前进和后退。 3. 将arduino开发板和直流电机连接至电池盒，通过电池盒为 智能小车供电。 4. 完成以上步骤后，进行小车的组装工作。将直流电机安装在小车轮胎上，确保轮胎能够自由旋转，并将轮胎连接至arduino开发板。 5. 验证智能小车的运动情况。在Arduino IDE中，编写程序， 通过13号引脚实现小车的前进和后退运动。 6. 对小车进行优化。例如，增加超声波传感器，通过测量距离实时控制小车的运动方向和速度。 实验结果： 经过以上步骤，我们成功搭建了智能小车，并通过编程控制其运动。小车能够前进和后退。在进行测试时，我们发现小车的运动速度较慢，且操作不够灵活。因此，我们对小车进行了优化，增加了超声波传感器，通过测量距离来控制小车的运动方向和速度。优化后的小车表现更好，运动更加灵活。在遇到障碍物时，小车能够及时停下或改变方向，避免碰撞。 实验总结： 通过本次实验，我们掌握了基本的电路连接方法，熟悉了智能小车的组装方法，并能通过编程控制小车的运动。在实验的过程中，我们不仅学习到了硬件的组装和接线方法，还通过编程实现了小车的运动控制。通过不断的实践和优化，我们不仅提高了对电路和编程知识的掌握程度，还培养了创新和解决问题的能力。这对我们今后的学习和工作具有很大的帮助。 智能循迹小车实验报告 摘要 本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成,小车具有自主寻迹得功能。本次设计采用 STC 公司得 89C52 单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管与比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面,同时具有抗环境干扰能力，电机模块由 L298N 芯片与两个直流电机构成,组成了智能车得动力系统，电源采用 7、2V 得直流电池,经过系统组装，从而实现了小车得自动循迹得功能. 关键词 智能小车 ＳＴＣ89Ｃ52 单片机 Ｌ２98N 红外光对管 1 1 绪论 随着科学技术得发展,机器人得设计越来越精细,功能越来越复杂,智能小车作为其得一个分支，也在不断发展.在近几年得电子设计大赛中，关于小车得智能化功能得实现也多种多样,因此本次我们也打算设计一智能小车,使其能自动识别预制道路，按照设计得道路自行寻迹。 2 2 设计任务与要求 采用 MCS－５１单片机为控制芯片（也可采用其她得芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件,设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度 10mm左右得黑色胶带制作得不规则得封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进得智能寻迹机器小车。 3 3 方案设计与方案选择 3.1 硬件部分 可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。 3.1.1 单片机模块 为小车运行得核心部件,起控制小车得所有运行状态得作用。由于以前自己开发板使用得就是ＡTMＥL 公司得 STC89C５２,所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。ＳTＣ8９Ｃ52 就是一种低损耗、高性能、CＭＯS 八位微处理器，片内有 4ｋ字节得在线可重复编程、快速擦除快速写入程序得存储器，能重复写入／擦除 100０次,数据保存时间为十年.其程序与数据存储就是分开得. 3.1.2 传感器模块 方案一:使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析,但就是光照影响很大，不能稳定工作。 方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明,实现方便,成本低廉,没有复杂得图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取得信息就 智能小车实验报告 1. 引言 近年来，随着科技的快速发展，人工智能成为了研究的焦点之一。智能小车作为人工智能的应用之一，具有广阔的发展前景。 本实验旨在探索智能小车的设计与实现，并通过实践掌握相关技术。 2. 设计与搭建 2.1 电路设计 根据实验要求，我们使用了Arduino开发板作为智能小车的控 制中心。通过连接电机驱动模块和超声波传感器，实现了对小车 的控制与感知。电路设计中充分考虑了稳定性与可靠性，保证了 智能小车的正常运行。 2.2 程序设计 为了实现智能小车的自主导航功能，我们编写了相应的程序。 程序通过读取超声波传感器的测量数据，并结合事先设定的目标，实现了小车的精准避障与循迹。通过巧妙的算法设计，我们成功 地实现了智能小车的自主导航。 3. 实验结果与分析 3.1 避障能力 在实验中，我们设置了不同的障碍物来测试智能小车的避障能力。经过多次尝试与优化，智能小车成功地避开了各类障碍物， 展现了出色的避障能力。这一结果验证了我们算法设计的合理性，同时也为智能小车的实际应用提供了保证。 3.2 循迹性能 为了测试智能小车的循迹性能，我们在实验中布置了黑白交替 的赛道。通过对小车上的循迹传感器进行调试与测试，我们成功 地实现了小车的自主循迹。无论是直线还是弯道，智能小车始终 保持在指定的轨迹上，展示出了出色的循迹性能。 4. 应用前景与展望 智能小车作为人工智能的一个典型应用，具有广泛的应用前景。随着自动驾驶技术的发展，智能小车有望在物流、仓储和无人配 送等领域发挥重要作用。此外，智能小车还能够应用在环境监测、安防巡检等方面，为人们提供更加便利与安全的服务。 简易智能电动小车 摘要： 本系统基于运动控制原理，以MSP430为控制核心，用红外传感器、超声探头、光敏电阻、霍尔传感器之间相互配合，实现了小车的智能化，小车完成了自动寻迹、避障、寻光入库、铁片检测、行程测量的功能，整个系统控制灵活，反应灵敏。 关键词：MSP430 传感器运动控制系统 Abstract: This system based on motion control principle, as control core, with MSP430 infrared sensors, ultrasonic probe, photoconductive resistance, hall sensors, realize the interaction between the intelligent of the car, the car completed the automatic tracing, obstacle avoidance, found the light inventory, iron detection, the function of the trip, the whole system measurement control flexible, sensitive reaction. Keywords: MSP430 sensor motion control system 目录 摘要： (2) 一、方案的设计和论证 (4) 1、控制器的选择 (4) 2、执行部件电动机 (5) 3、电机驱动 (5) 4、传感器 (6) 4.1、引导线的检测 (6) 4.2、金属的探测 (6) 4.3、路程的测量 (7) 4.4、障碍物的探测 (7) 4.5、寻光入库 (8) 5、电源 (8) 6、系统总体设计方案 (8) 二、硬件设计 (9) 1、前向通道 (9) 1．1、循迹 (9) 1.2、金属探测 (11) 1.3、路程测量 (11) 1.4、避障 (12) 1.5、寻光入库 (14) 2、后向通道 (14) 2.1、步进电机驱动 (14) 2.2、直流电机驱动电路 (15) 2.3、声光信号 (15) 3、电源 (16) 三、软件设计 (16) 四、综合调试 (18) 五、测试结果与分析 (18) 六、总结分析 (18) 七、参考文献 (19) 宁波大学 创新性开放实验报告题目基于光电传感器的自动寻迹小车 学号： 姓名： 专业： 指导教师： 目录 光电感应智能车................................................................................................ 错误!未定义书签。 一、硬件系统…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。 （一)硬件框图 (3) 1、电源模块 (4) 2、寻迹模块 (4) 3、驱动模块 (5) 4、测速模块 (6) 二、软件系统 (7) （一）主程序流程图 (7) 1、电机驱动 (8) 2、舵机驱动 (10) 参考文献 (13) 光电感应自动寻迹智能车 【摘要】如果把自动寻迹小车成比例的扩大数倍，就成为真正有意义上的智能车，可以运用于军事、民用领域，对未来汽车行业的发展有一定的借鉴意义。通过光电传感器来寻找轨迹，以所编写的程序为软件支持，通过单片机计算生成相应的控制参数，驱动电机来使小车按照轨迹运动。其中小车在直线行驶过程控制参数保持不变，匀速行驶，而在小车要转弯之前则要先减速以防止小车过弯时冲出赛道，弯道过去之后在加速行驶以减少行驶时间。 【关键词】红外传感器；PID控制；自动寻迹 一、硬件系统 （一）智能小车的整体结构图 智能车通过单片机来接受和发出参数状态信号，电源模块是给智能车各个模块提供电压以使模块可以正常运作，寻迹模块则是包含着参数输送给单片机的作用，驱动模块是小车动起来的根源，测速模块是为了控制车速以使智能车平稳的沿着车道运行。 1、电源模块 在“飞思卡尔”比赛中，比赛方提供的是智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 供电，但是在单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，直流电机可以使用7.2V 蓄电池直接供电，我们采用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596）两大类。对于单片机，选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，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。 电源电路图： 2、寻迹模块 寻迹模块是智能车系统的关键模块之一，所寻找的路径的好坏，将直接影响竞赛的结果，我们采用的是光电传感器来寻找路径，光电传感器具有电路简单、信号处理速度快等特点。因为在赛道中由黑色轨迹线和大面积的白色区域组成，则会使发光二极管发射的光线强度不同，从而使接受到的光线强度不同，以此来指示小车前进。 红外传感器电路图： 3、驱动模块 电机驱动电路可以用MOS管搭建H桥驱动电路。采用MOS管构成的H桥电路，控制直流电机紧急制动。用单片机控制MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机 智能小车实验报告 智能小车实验报告 摘要 为了实现智能小车按照题目要求运动，从指定位置进入规定区域，并寻找到障碍物，驶向障碍物，将障碍物推出规定区域，并实时显示障碍物的位置。本实验系统分为两个小系统，控制端与运动端。控制端以单片机C8051F020作为控制核心，运动端采用DSP2812作为控制核心。并以无线模块实现控制端与运动端之间的交流，以实现智能小车按照题目要求运动，并将信息实时反馈给控制端，显示出来；对于关键的小车运动执行元件，经过充分比较、论证，最终选用了步进电机，能够准确定位并且具有瞬间启动和急速停止的优越特性。电机的驱动是以L298N为芯片的驱动模块；小车的电源模块采用16V的锂电池供电；通过红外对管TCRT5000判断黑线为循迹，实现了小车在规定区域上行驶并将信息实时反馈给控制端等功能；并且小车的控制端显示部分选用LCD12864液晶屏来显示所需的参数。最后的实验表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了所有基本和发挥部分的要求，并增加了路程显示、全程时间显示等创新功能。 关键词：C8051F020单片机、DSP2812、L298N、红外对管TCRT5000、循迹、 LCD12864液晶屏 一、系统方案 1.1 总体方案设计 本实验需要智能小车在规定的120cm*120cm区域内。从起点位置出发，检测障碍物所在位置并实施清除动作。在重力感应传感器控制下实现智能小车的前进，后退，左转，右转等操作，控制智能小车行驶到障碍物位置，并且停留至少3秒钟，给出声或光的信号。然后将障碍物推出规定区域。为了完成实验要求，控制端在单片机控制下，显示模块，重力传感器模块、无线通信模块的协同配合，共同完成控制端的工作。运动端以DSP2812为核心，超声波模块、红外避障模块、驱动控制模块、循迹模块和电源模块的统一调配下，让小车符合条件的行驶、通信、并清除障碍物，完成整个实验。 根据实验要求，我们设计的总体方案为控制端以Silicon Laboratories公司生产的单片机C8051F020为控制核心，运动端以TI公司新推出的功能强大的32位定点的DSP2812为核心，采用步进电机和LM298芯片控制小车运动，用锂电池提供16V 电压，用TCRT5000保证小车能在规定的区域内正常行驶，并以超声和红外共同确定 (完整)智能循迹小车实验报告 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)智能循迹小车实验报告）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)智能循迹小车实验报告的全部内容。 摘要 本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。本次设计采用STC公司的89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面,同时具有抗环境干扰能力,电机模块由L298N 芯片和两个直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用7.2V的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能. 关键词智能小车 STC89C52单片机 L298N 红外光对管 1绪论 随着科学技术的发展，机器人的设计越来越精细,功能越来越复杂，智能小车 作为其的一个分支，也在不断发展。在近几年的电子设计大赛中,关于小车的智能化功能的实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计的道路自行寻迹。 2设计任务与要求 采用MCS-51单片机为控制芯片(也可采用其他的芯片）,红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度10mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进的智能寻迹机器小车. 3方案设计与方案选择 3.1硬件部分 可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块. 3.1.1单片机模块 为小车运行的核心部件，起控制小车的所有运行状态的作用.由于以前自己开发板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。STC89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年.其程序和数据存储是分开的. 3.1.2传感器模块 方案一：使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息.阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但是光照影响很大，不能稳定工作。 方案二：使用光电传感器来采集路面信息.使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取的信息是不完全的，容易受很多扰动(如背景光源,高度等）的影响,抗干扰能力较差。 方案三:使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD可以获取大量的图像信息，掌握全面的路径信息，抗干扰能力强，为以后功能的扩展提供方便。但使用CCD需要大量的图像处理工作，进行大量数据的存储和计算，因此电路复杂,实现起来工作量大。 方案四：使用光电对管采集路面信息。RPR220结构紧凑，体积小，调整电路简单工作性能稳定. 可见方案四最适宜,但仅从此项目考虑，方案二成本低,也能完成设计,故选用方案二。 3.1.3电机控制模块 智能自行车研发方案实验报告 摘要： 本实验报告旨在介绍一种智能自行车的研发方案，并综合进行市场分析、产品分析和技术分析。智能自行车结合了传统自行车的便利性和现代科技的先进功能，具有智能导航、健康监测和交通安全等特点。通过市场分析，我们确定了智能自行车的潜在用户群体；通过产品分析，我们评估了智能自行车的竞争优势和市场需求；通过技术分析，我们探讨了智能自行车所需的关键技术和可行性。综合分析结果显示，智能自行车具有巨大的市场潜力和发展前景。 引言 自行车作为一种环保、健康的交通工具，近年来越来越受到人们的关注。随着科技的不断进步，智能自行车成为了一个研究热点。智能自行车结合了导航、健康监测和交通安全等功能，可以提高骑行的便利性和安全性。 一、市场分析 （一）自行车产业变革 “近年来欧美国家兴起电动助力自行车风潮，其核心部件为电机、电池、控制器，我国企业在这方面与境外企业处在同一起跑线上，甚至有所领先。”数字化、智能化转型将是中国自行车、电动自行车行 业发展的主要方向。传统意义上的Bicycle（自行车）已升级成为了Smart bike（智能助力自行车），虽然最终功能还是锻炼与出行，但它更加重视用户体验感，例如与手机APP 连接，形成人车一体互动，还能监测到骑行过程中的心率异常，根据数据反馈自动调节电源强度，改善行驶车速，其中也包括一些如自动落锁、安全警报等通用模式的赋能。 （二）市场竞品分析 当前，智能自行车基本都是由互联网巨头与传统自行车品牌进行合作，亦或是由新兴的团队来打造。这是目前智能行业存在的一个普遍的现状，而这个现状带来的要么就是具有高端科技感的产品，要么就是低价有明确市场定位的创新思路。智能自行车行业的创新产品和创意设计思路非常多。从用户的角度出发，智能自行车似乎已经出现在我们视野中很久了，但却至今很少见实际的产品普及。现有的智能自行车产品有Dubike、乐视超级自行车、700Bike、三星。而智能自行车受欢迎主要体现在以下几大因素： 1、经济动力：随着油价飙升，驾车出行的成本增加，消费者面临经济压力，因此更多人选择性价比较高的E-Bike作为代步工具。 2、疫情影响：在新冠疫情的强势冲击下，居民可支配收入的小幅度增加与消费支出的略微下降展现出我国经济在消费端的强大韧性和内在增长动力。两轮车也在强大的经济消费环境中获得巨大增长红利。 3、环保意识：环保的提升，在全球关注能源和减排议题的背景 精品文档 简单电子系统设计报告 ---------智能循迹小车 学号201009130102 年级10 学院理学院 专业电子信息科学与技术 姓名马洪岳 指导教师刘怀强 摘要 本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。采用与白色地面色差 很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。 本设计采用单片机 STC89C51作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电 路。自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机 通过控制驱动芯片 L298N驱动电动小车的电机，实现小车的动作。 关键词： STC89C51单片机； L298N；红外传感器；寻迹 一、设计目的 通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。进一步学习 ５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构 成整个系统。 二、设计要求 该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。 三、软硬件设计 硬件电路的设计 1、最小系统： 小车采用 atmel 公司的 AT89C52单片机作为控制芯片，图 1 是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下： （1）、电源电路：给单片机提供5V 电源。 （2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。智能循迹小车实验报告
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