【独创】基于单片机的智能循迹小车(文献综述) (3).doc

电子智能小车的设计与实现一一文献综述摘要：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 來进行路径检测和速度监测模块将检测数据传冋单片机进行处理，同时，用单片机产生 PWM波來控制小车的行进速度，并实吋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吋数据，山于本次 设计的是智能自动循迹小车，報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：80(:51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 等方而□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來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12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山行使，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涪号发送给单片机，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细成部分它在军事、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阳的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围 口益广泛，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, 此设计止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，山取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，此系统述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，齐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单片机的定吋器中断來控制路而检测间隔和小车的运动及速度.山于带那 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止确性，用较帘用 的k"l c51仿真软件进行仿真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的止确 性和可行性2.2电子智能小车的设计要求%1 电动车能够能够按照行使路线跑完全程；%1 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；%1 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；%1 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M IJ18A3-8-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，后者需耍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八而智能小车 则可以通过计算机编程來实现英对小车启停、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來改变它的行驶方 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釆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总设计方案山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） 对选収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纽成：1、 信息采集模块：信息采集部分是山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5324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，单片机将从釆集 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：执行模块是曲液晶显示、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，方便及时用八了解系统当前的状态，电机驱动根据 甲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立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一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屈传感器来检测金屈的数n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來；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來驱使小车进行180度的转弯；当小车转弯完 毕后，会检测到一•块金属片，这吋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，继续询进。

直到小车撞到光源，小车便完成了全部的行驶过程图一、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，将信息值返冋，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， 根据传感器返冋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齐种算法以实现系统控制的稳定性山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來的在此处也不好给出具体的 数学模型來阐述，函数的设计流程如下图[1]徐国华⑵党宏社[3] 尹念东[4] 王荣本[5] 王建农主编, 主编, 主编, 主编, 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) 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) 智能车辆的研究及前景[J].上海汽车，2002(2)世界智能车辆研究概述[J].公路交通科技，2001 (10)自主移动机器人的导航研究[R].机器人，1997[6] Dickma nns, E. D, A. Zapp. Auto high speed road vehicle guidance [J]. computer, 1987[7] 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.2005.[8] 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],[10] 张毅刚[11] 刘南平[⑵杨刚[13] 余祖俊[14] 温志明主编,主编,主编, 主编, 主编,[15] 催维娜主编,[16] 李忠文主编,[17] 张红润主编,[18] 陈铁军主编, [⑼刘少强主编,[20] 何立民[21] 李广弟[22] 何希才[23] 赵负图[24] 陈伯时机器人工程[M].北京：科学出版社，2001.新编MCS-51单片机应用设计，第一版，哈尔滨工业大学出版社,2003 电子产品设计与制作技术，科学出版社，2008电子系统设计与实践，电子工业出版社，2009. 3微机监测与控制应用系统设计，北方交通大学出版社，2001.12 运动控制系统分析与应用，国防工业出版社，2008.2智能电子制作，科学出版社，2007实用电机控制电路，化学工业出版社，2003.4智能技术——系统设计与开发，北京航空航天出版社，2007. 2智能控制理论及应用，清华大学出版社，2009. 1 传感器设计与应用实例，中国电力出版社，2008 单片机应用系统设计，北京：航天航空大学出版社， 单片机基础,北京：北京航空航天大学出版社,2001 新型实用电子电路400例，电子工业出。