第一篇：基于PCF8591t的智能小車追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PCF8591t的智能小車追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要:本文提出了一種應(yīng)用于智能小車的光源位置及光強(qiáng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案。該方案由硅光電池、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器PCF8591t完成光信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換,由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和小車運(yùn)動(dòng)控制。使小車能夠根據(jù)光源位置、光線強(qiáng)弱的變化實(shí)現(xiàn)快速尋光。

關(guān)鍵詞:PCF8591t 硅光電池 單片機(jī) 智能追光小車

中圖分類號(hào):TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2011)04-0148-03

1、引言

隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展和成熟,智能小車作為其中的典型代表廣泛應(yīng)用于科研、生活、教學(xué)等各個(gè)方面。僅從歷年省級(jí)乃至全國(guó)的電子設(shè)計(jì)大賽的比賽項(xiàng)目中都可以看到智能小車的身影。智能小車通過(guò)所搭載的各類傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)避障、巡線、防碰撞、追光、搬運(yùn)等各類功能,而相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn)的好壞于傳感器的性能有著密不可分的關(guān)系。本方案旨在設(shè)計(jì)一種可應(yīng)用于智能小車上的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、性能穩(wěn)定的光源及光強(qiáng)檢測(cè)模塊。

2、總體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示。

在本方案中,光源的檢測(cè)由分布在小車車身不同位置的多個(gè)硅光電池來(lái)實(shí)現(xiàn),將所采集的光源信號(hào)送至PCF8591t進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,而后由單片機(jī)依據(jù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)作出判斷來(lái)控制小車的運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)小車追光運(yùn)動(dòng)。其中光源檢測(cè)電路的數(shù)目可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3、硬件設(shè)計(jì)方案

3.1 光源信號(hào)采集電路

這部分電路主要實(shí)現(xiàn)光源信號(hào)的采集,目前很多智能小車對(duì)于光信號(hào)的檢測(cè)通常采用光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn),但光敏電阻的檢測(cè)結(jié)果容易受到周圍環(huán)境的影響,而且由于光敏電阻本身的特點(diǎn),使檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際光強(qiáng)無(wú)法呈線性關(guān)系,使得檢測(cè)結(jié)果誤差較大。而專門的光強(qiáng)檢測(cè)芯片價(jià)格又較高,如需在一臺(tái)小車上配置多個(gè)檢測(cè)芯片的話,這將是一筆不小的開(kāi)銷。

本方案中采用硅光電池進(jìn)行光信號(hào)檢測(cè),硅光電池兩側(cè)的輸出電壓能夠跟隨外界光線強(qiáng)弱變化,而且光電池具有響應(yīng)速度快,使用方便,頻率范圍寬,價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用電路如圖2所示,圖中光電池兩端的電壓經(jīng)過(guò)隔離和放大后,得到5V以內(nèi)的模擬電壓輸出。圖中運(yùn)放采用通用運(yùn)放LM358或LM324均可。

如圖2所示。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

這部分電路完成對(duì)光源信號(hào)采集電路輸出的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,其轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機(jī)進(jìn)行處理。電路如圖3所示,PCF8591t是Philips(飛利浦)公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入,1路D/A模擬輸出,最高轉(zhuǎn)換速率達(dá)11KHz,不過(guò)該芯片的基準(zhǔn)參考電壓需要外接,圖3所示電路的參考電壓采用芯片本身的供電電壓DC+5V。

I2C總線是Philips公司推出的串行總線,它與傳統(tǒng)的通信方式相比具有讀寫方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性好、易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展、易實(shí)現(xiàn)模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在與CPU的信息傳輸過(guò)程中僅靠時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA就可以實(shí)現(xiàn)。PCF8591t的引腳功能如表1所示。

3.2.1 PCF8591t的地址控制字

PCF8591t的地址控制字具體格式描述如表2所示。其中,I2C總線協(xié)議規(guī)定A/D器件高四位地址為1001,低三位地址為引腳地址A0～A2,由硬件電路決定,地址控制字的最后一位為方向位/,對(duì)A/D器件進(jìn)行讀操作時(shí)為1,進(jìn)行寫操作時(shí)為0。

為描述簡(jiǎn)單起見(jiàn),在本方案中,僅分別在智能小車的左前方、右前方共安裝了二個(gè)光電池,采集后的光源信號(hào)分別送至PCF8591t的二個(gè)模擬輸入通道AIN0和AIN1,故使用一片PCF8591t完全滿足要求,此時(shí)電路中A0～A2做接地處理,則此時(shí)PCF8591t的器件寫地址為90H,器件讀地址為91H。

3.2.2 PCF8591t的轉(zhuǎn)換控制字

轉(zhuǎn)換控制字用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能．如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入、是選擇A/D轉(zhuǎn)換功能還是選擇D/A轉(zhuǎn)換功能等。控制字節(jié)存放在控制寄存器中,總線操作時(shí)為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。其格式如表3所示。

其中:D1、DO兩位是A/D通道編號(hào):00、01、10、11分別代表通道0～通道3

D2自動(dòng)增益選擇,該位為1時(shí),對(duì)當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換后自動(dòng)切換至下一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,為0時(shí)不自動(dòng)進(jìn)行通道轉(zhuǎn)換,此時(shí)可通過(guò)軟件修改轉(zhuǎn)換通道。

D5、D4模擬量輸入選擇:00為四路單輸入、01為三路差分輸入(分別為前三個(gè)通道AIN0～AIN2與最后一個(gè)通道AIN3的差分輸入)、10為兩路單端輸入(AIN0、AIN1)與一路差分輸入配合(AIN2-AIN3)、ll為兩路差分輸入(AIN0-AIN1、AIN2-AIN3)。

D6 模擬輸出允許位,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置為0(此時(shí)地址控制字最低位D0此時(shí)設(shè)置為1),D/A轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置為1(此時(shí)地址控制字最低位D0此時(shí)設(shè)置為0)。

3.2.3 PCF8591t的A/D轉(zhuǎn)換

在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí),需要遵循標(biāo)準(zhǔn)的I2C寫讀時(shí)序,其數(shù)據(jù)讀取操作格式和邏輯操作波形時(shí)序如圖4所示,對(duì)PCF8591進(jìn)行寫讀操后便立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,并讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。其中DATA BYTE N為A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果,分別對(duì)應(yīng)于前一個(gè)數(shù)據(jù)讀取期間所采樣的模擬電壓。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,先發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)位,再發(fā)送結(jié)束信號(hào)位。

需要注意的兩個(gè)問(wèn)題:其一,上電復(fù)位后地址控制字和轉(zhuǎn)換控制字均為為OOH,在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)須設(shè)置控制字,即須在讀操作之前進(jìn)行控制字節(jié)的寫入操作。其二,由于在讀周期中讀出的第一個(gè)字節(jié)為前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果,若需讀取當(dāng)前轉(zhuǎn)換值,應(yīng)多讀一個(gè)字節(jié)。上電復(fù)位后讀出的第一字節(jié)為80H。

4、軟件設(shè)計(jì)方案

本方案中,智能小車上共安裝了二個(gè)光電池,其信號(hào)放大電路的輸出端分別作為PCF8591t的二路模擬信號(hào)輸入,分別接于AIN0～AIN1。在進(jìn)行光源檢測(cè)時(shí),讀取每個(gè)輸入端的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,然后進(jìn)行綜合判斷就可以確定當(dāng)前光源位置,以此來(lái)控制小車的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)追光。其中完成單通道A/D轉(zhuǎn)換及光源判斷及運(yùn)動(dòng)控制部分的流程圖如圖5所示。

A/D轉(zhuǎn)換的部分程序如下:

unsigned charad_conversion(unsigned char addr,unsigned char ch)

{ unsigned char i;

start();

write_byte(addr);// 發(fā)PCF8591t寫地址

ack();

write_byte(ch);// 發(fā)PCF8591t轉(zhuǎn)換控制字

ack();

stop();

start():

write_byte(addr+1);// 發(fā)PCF8591t讀地址

ack();

i=read_byte();// 讀取前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

…………

returni;

}

其中,由于考慮到光電池及電路元件參數(shù)的分散性,所以在進(jìn)行左右側(cè)的轉(zhuǎn)換值比較時(shí),設(shè)定了容差范圍,當(dāng)兩側(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)果的差值在容差范圍以內(nèi)時(shí),認(rèn)為此時(shí)兩側(cè)的光強(qiáng)是一樣的,小車可保持當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)所選用的光電池特性和放大電路參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,以確定合適的容差范圍。

同時(shí),對(duì)于小車的運(yùn)動(dòng)控制,可采用PWM原理對(duì)小車進(jìn)行調(diào)速,以此可方便的控制小車的運(yùn)行速度和方向。

5、結(jié)論

采用本方案設(shè)計(jì)的智能小車追光系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中效果理想,性能穩(wěn)定。而且由于PCF8591t在一片芯片中集成了4路A/D和1路D/A轉(zhuǎn)換功能,且模擬輸入有單端和差分方式可選,故給設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性。而且芯片的通訊協(xié)議為I2C總線方式,在使用中為電路的設(shè)計(jì)提供了很大的方便,也為系統(tǒng)芯片有限的I/O口提供了最大的使用效率,同時(shí)具有讀寫操作簡(jiǎn)單,速度快,性能穩(wěn)定,擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn),還可以和其它I2C總線接口的器件構(gòu)建功能較為全面的傳感器系統(tǒng),這一點(diǎn)在智能控制領(lǐng)域有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 何立民.I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.[2] 馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)(第四版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.[3] 周劍利,郭建波,崔濤.具有I2C總線接口的A/D芯片PCF8591及其應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(7):150-151.作者簡(jiǎn)歷:施蕓:1975.7，女，大學(xué)本科，副教授，主要從事單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)和智能控制方面的工作。

第二篇：智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告

機(jī)器人控制技術(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告書

題

目：基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì) 姓

名：李如發(fā) 學(xué)

號(hào)：073321032 專

業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師：李東京 設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年 6 月

目

錄

1.引 言..............................................1 1.1.設(shè)計(jì)意義......................................1 1.2.系統(tǒng)功能要求..................................1 1.3.本組成員所做的工作............................1 2.方案設(shè)計(jì)...........................................1 3.硬件設(shè)計(jì)...........................................2 4.軟件設(shè)計(jì)...........................................7 5.系統(tǒng)調(diào)試...........................................7 6.設(shè)計(jì)總結(jié)...........................................8 7.附 錄A；源程序.....................................8 8.附 錄B；作品實(shí)物圖片...............................10 9.參考文獻(xiàn)..........................................11

16×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì)

1.引 言

1.1.設(shè)計(jì)意義

本智能小車的設(shè)計(jì)，首先針對(duì)大學(xué)所有學(xué)習(xí)的知識(shí)是一個(gè)很好的回顧和總結(jié)。此智能小車是基于單片機(jī)所設(shè)計(jì)的，具有自動(dòng)尋跡能力，在實(shí)際的很多方面有應(yīng)用。當(dāng)我們進(jìn)一步的改進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更重要的功能，如可設(shè)計(jì)出自動(dòng)撲火機(jī)器人等。1.2.系統(tǒng)功能要求

此智能小車是基于STC89C52設(shè)計(jì)的具有自動(dòng)尋跡能力的小車。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)跟隨黑色引導(dǎo)線行走的能力，在行駛過(guò)程中，并能用測(cè)速傳感器和光電碼盤對(duì)小車速度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。小車在行駛過(guò)程中并能實(shí)現(xiàn)播放美妙的音樂(lè)。1.3.本組成員所做的工作

本組成員有李如發(fā)，汪航，黃建安，韓文龍，羅瑩，明菲菲，鄒珊，江銳，邵進(jìn)。

李如發(fā)：驅(qū)動(dòng) 073321032 汪航： 電源 073522036 黃建安：最小統(tǒng) 073521013 韓文龍：源程序 073522007 羅瑩： 傳感器 073522038 明飛菲：調(diào)試 073522012 鄒芬 ： 數(shù)碼顯示 073521025 邵琎 ： 焊接 073522017 江銳 ： 蜂鳴器 073522032

2.方案設(shè)計(jì)

智能小車主要分為傳感器部分，最小系統(tǒng)部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，電源部分。根據(jù)功能要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案，畫出方案方框圖，并對(duì)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行闡述。

原理，本系統(tǒng)的重要部分是傳感器，它對(duì)整個(gè)小車的定位起到很重要的作用，由傳感器檢測(cè)黑線的位置，其中黑線對(duì)光能吸收，白線對(duì)光反射。利用此原

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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

理將紅外線傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)實(shí)時(shí)的控制小車的方向?？刂菩≤嚨姆较蛑饕沁\(yùn)用pwm原理來(lái)控制電機(jī)的平均電壓，從而來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小車對(duì)黑線的實(shí)時(shí)跟蹤。

3.硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)各模塊電路圖及原理描述 傳感器模塊

方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。

但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。

方案2：用RPR220型光電對(duì)管。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。

方案3：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。我們選擇了此方案。

傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，這部分主要運(yùn)用紅外線傳感器采集信號(hào)送給單片機(jī)處理。由于黑色車道對(duì)紅外線傳感器發(fā)出的光有吸收能力，白色地方對(duì)發(fā)出的光反射，從而當(dāng)傳感器在不同的地方產(chǎn)生不同的信號(hào)，傳送個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)采集的信號(hào)做出實(shí)時(shí)的處理。

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最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，我們采用的是AT89C52芯片。

80C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上[2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

驅(qū)動(dòng)模塊

方案1：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流

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電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。

方案2：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。

因此我們選用了方案1。

由于最小系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的電壓幅值不一樣，而且電機(jī)是感性負(fù)載，在制動(dòng)時(shí)可能反饋電流，因此要在最小系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)模塊之間采用光電隔離，所以用到了光電隔離芯片,TPL521-4

由于光耦芯片的引腳不夠所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器圖如下

L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。它的驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)46V，直流電流總和可達(dá)4A。其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的PWM功率放大回路。由L298構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式。12個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，其輸出腳(1和15)用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻。第9腳接邏輯控制部分的電源，常用+5V，第4腳為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，本系統(tǒng)中為40V，第5，7，10，12腳輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，用來(lái)控制H橋的開(kāi)和關(guān)，16×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

第6，II腳則為使能控制端。當(dāng)Vs=40V時(shí)，最高輸出電壓可達(dá)35V，連續(xù)電流可達(dá)2A。

L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速由單片機(jī)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。

L298驅(qū)動(dòng)電路圖

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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

PWM調(diào)速器的硬件組成

在整個(gè)PWM調(diào)速器中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。片內(nèi)具有8K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲(chǔ)器，128x8位內(nèi)部RAM，AT89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。

電源模塊

電源中我們采用LM7805穩(wěn)壓芯片將12v直流電源穩(wěn)壓成5v直流源。方案1： 采用10節(jié)1.5V干電池供電，電壓達(dá)到15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。

方案2：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池串聯(lián)共12.6V給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)7812的電壓變換后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價(jià)格過(guò)于昂貴，使用鋰電池會(huì)大大超出我們的預(yù)算，因此，我們放棄了這種方案。

方案3：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低。因此我們選擇了此方案。下:

16×16點(diǎn)陣LED室內(nèi)電子顯示屏的設(shè)計(jì)

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

4.軟件設(shè)計(jì)

程序流程圖

5.系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是首先完成每一小部分的設(shè)計(jì)，因此我們?cè)跊](méi)完成一個(gè)模塊時(shí)就回檢測(cè)調(diào)試該模塊。在初次調(diào)試時(shí)我們采用的電源是又單片機(jī)開(kāi)發(fā)板所帶的的電源來(lái)調(diào)試的。調(diào)試過(guò)程中我們就發(fā)現(xiàn)了很重要的問(wèn)題，由于對(duì)本設(shè)計(jì)的很多模塊的沒(méi)有共同的接地使得很多模塊無(wú)法工作，我們的解決辦法是12v的直流源穩(wěn)壓來(lái)供給所以的模塊，然后將所以的模塊連接共同的地。在驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)光耦芯片給定信號(hào)時(shí)對(duì)lm298的輸出沒(méi)有反應(yīng)。我們?cè)跈z驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)是由于在光耦芯片后部焊接沒(méi)有焊好，出現(xiàn)了虛焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分

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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

塊調(diào)試傳感器時(shí)，我們將傳感器導(dǎo)通，用黑色物體將傳感器發(fā)射部分蓋住檢測(cè)輸出，在將黑色物體移開(kāi)，再檢測(cè)輸出。

6.設(shè)計(jì)總結(jié)

本文是關(guān)于基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)，在共同的努力下，各部分的設(shè)計(jì)均成功，在調(diào)試過(guò)程中都無(wú)誤。本次設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓，電源正常輸出供電，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)，蜂鳴器播放美妙的音樂(lè)，小車實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)彎功能。由于本次設(shè)計(jì)中尚存在些缺陷和對(duì)尋跡程序編寫困難，實(shí)現(xiàn)的功能不是很完美，但要求的所有功能基本實(shí)現(xiàn)。

本次設(shè)計(jì)中，從中的體會(huì)很多

1、本次的設(shè)計(jì)可以說(shuō)設(shè)計(jì)到大學(xué)所學(xué)到的所有專業(yè)知識(shí)，是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)整體的回顧。

2、在設(shè)計(jì)中，不能一氣呵成，因?yàn)樗械碾娐穲D都是自己設(shè)計(jì)的，圖中尚存在不足，所以要反復(fù)的琢磨和修改。

3、設(shè)計(jì)中要注意對(duì)每焊完一部分，都要獨(dú)立的進(jìn)行檢查調(diào)試，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)的修改

4、本次最重要的收獲是從中我們看到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，任何事都不是一個(gè)人所能完成的，需要大家的共同努力才能獲得最后的成功。

7.附 錄A；源程序

源程序代碼（主要語(yǔ)句要有注釋）。循跡的程序 #include #define uint unsigned int void delay(uint);

sbit R=P2^0;//右邊傳感器 sbit L=P2^1;//左邊傳感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右邊電機(jī) sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左邊電機(jī) void main(){

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RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

while(1)

{

if((L==1)&&(R==1))//小車前進(jìn) {

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

}

else if((L==1)&&(R==0))//小車右偏

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=0;

LM2=1;

//左邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了左轉(zhuǎn)

delay(10);

}

else if((L==0)&&(R==1))//小車左偏

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=1;

LM2=0;

//右邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了右轉(zhuǎn)

delay(10);}

else if((L==0)&&(R==0))//小車停車

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=0;

LM2=1;delay(5);

}

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單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

else

//左右兩個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，直線前進(jìn)

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

}

}

delay(10);

}

void delay(uint z)

{

uint a,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}

8.附 錄B；作品實(shí)物圖片

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9.參考文獻(xiàn)

[1] Mark Nelson著.瀟湘工作室譯.串行通信開(kāi)發(fā)指南[M].中國(guó)水利水電出版社，2002.[2] 王宜懷.單片機(jī)原理及其嵌入式應(yīng)用教程[M].北京希望電子出版社，2002.[3] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2009 [4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.高等教育出版社.2006

第三篇：智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告

智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告

魏旭峰、孔凡明、陳夢(mèng)洋

(河北科技大學(xué) 電氣信息學(xué)院)摘要:

AT89S52單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用89S52單片機(jī)為控制核心，利用紅外線傳感器檢測(cè)道路上的黑線，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)尋路，快慢速行駛。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。

采用的技術(shù)主要有：

通過(guò)編程來(lái)控制小車的速度及方向； 傳感器的有效應(yīng)用； 1602液晶顯示的應(yīng)用;

關(guān)鍵詞: 89S52單片機(jī)、光電檢測(cè)器、PWM調(diào)速、電動(dòng)小車

第一章 方案設(shè)計(jì)與論證

一 供電系統(tǒng)

二 光電檢測(cè)系統(tǒng)

三 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四 液晶顯示1602的應(yīng)用

五 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

第二章 軟件設(shè)計(jì)

第二章 方案設(shè)計(jì)與論證

根據(jù)要求,小車應(yīng)在規(guī)定的賽道上行駛,賽道中央黑線寬為25MM,確定如下方案: 在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的位置的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的轉(zhuǎn)向和速度的智能控制.這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。

一 供電系統(tǒng)

本模塊使用LM2940芯片輸出+5V的電壓,為89S52單片機(jī)光電檢測(cè)電路供電,采用LM1117可控變壓芯片輸出+6V電壓為舵機(jī)供電.而電機(jī)則由單片機(jī)來(lái)控制,當(dāng)單片機(jī)輸出的電壓不同時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同,以此來(lái)達(dá)到控制小車速度的目的.電路如圖:

二 光電檢測(cè)系統(tǒng)

本模塊采用七對(duì)紅外線發(fā)射和接收對(duì)管,來(lái)檢測(cè)小車前方黑線位置和模擬車站停車位置.發(fā)射管發(fā)射管出紅外線,當(dāng)對(duì)管正下方為白色跑道時(shí),發(fā)射管發(fā)射出去的紅外線會(huì)被反射回來(lái), 接收因接收到紅外線而導(dǎo)通,兩端電壓為零,當(dāng)對(duì)管正下方為黑色線時(shí),黑線將吸收紅外線,接收管因接收不到紅外線而無(wú)法導(dǎo)通,兩端電壓為+4V左右,將接收管端電壓與一個(gè)給定電壓經(jīng)LM324比較后輸出0和+5V兩固定個(gè)值,當(dāng)對(duì)管正下方為白色時(shí)輸出+5V電壓,當(dāng)對(duì)管正下方為黑線時(shí)輸出0V,輸出的電壓交給單片機(jī),以此來(lái)確定黑線的位置.電路如圖:

三 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

89S52單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心所在,自動(dòng)尋跡和調(diào)速都是它控制, 七對(duì)光電對(duì)管經(jīng)比較器輸出的電壓輸入單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)電壓的高低來(lái)判斷黑線位置，進(jìn)而調(diào)整速度和方向，電路如下：

四 舵機(jī)的應(yīng)用

舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。

其工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)放的控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。

五 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)單片機(jī)的控制型號(hào)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的，電路如下：

第二章 軟件設(shè)計(jì) #include sbit moto=P2^0;//舵機(jī)位定義 sbit in1=P2^1;////電機(jī)位定義 sbit in2=P2^2;////電機(jī)位定義 sbit L1=P1^7;////光電管位定義 sbit L2=P1^1;sbit L3=P1^2;sbit L4=P1^3;sbit L5=P1^4;sbit L6=P1^5;sbit L7=P1^6;

#define uchar unsigned char//宏定義 uchar duoj,dianj,time0=0,time1=0,L=0,e=30;void timer0()interrupt 1 //定時(shí)器零 控制舵機(jī) { time0++;

if(time0==duoj)moto=0;if(time0==80){ time0=0;

moto=1;} TH0=(65536-313)/256;TL0=(65536-313)%256;} void timer1()interrupt 3 ///定時(shí)器一 控制電機(jī) { time1++;if(time1==dianj)in1=1;if(time1==80){

time1=0;

in1=0;} TH1=(65536-340)/256;TL1=(65536-340)%256;}

void main()/////主函數(shù)開(kāi)始 { TMOD=0x11;TH0=(65536-313)/256;TL0=(65536-313)%256;TH1=(65536-340)/256;TL1=(65536-340)%256;EA=1;ET0=1;

ET1=1;in1=0;moto=1;TR0=1;TR1=1;while(1)//////檢測(cè)黑線位置

{

while(1)

{

if(P1==0xff){duoj=8;dianj=55;break;} 全白時(shí)緩進(jìn)

if(L1==0){duoj=10;dianj=37;L=1;break;} //L1

if(L7==0){duoj=6;dianj=37;L=7;break;} //L7

if(L2==0){duoj=10;dianj=22;L=2;break;} //L2

if(L6==0){duoj=6;dianj=22;L=6;break;} //L6

//

if(L3==0){duoj=9;dianj=27;L=3;break;} //L3

if(L5==0){duoj=7;dianj=27;L=5;break;}

//L5

if(L4==0){duoj=8;dianj=70;L=4;break;}

//l4

//else {duoj=8;dianj=17;break;}

}

while(P1==0xff)當(dāng)檢測(cè)不到信號(hào)時(shí)保持最后的狀態(tài)

{

switch(L)

{

case 1:duoj=10;dianj=39;break;

case 2:duoj=10;dianj=22;break;

// case 3:duoj=9;dianj=25;break;

// case 4:duoj=8;dianj=70;break;

// case 5:duoj=7;dianj=25;break;

case 6:duoj=6;dianj=22;break;

case 7:duoj=6;dianj=39;break;

}

} } }////////主函數(shù)結(jié)束

第四篇：智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

摘要：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，智能技術(shù)廣泛運(yùn)用于各種領(lǐng)域，智能小車不僅在工業(yè)智能化上得到廣泛的應(yīng)用，而且運(yùn)用于智能家居中的產(chǎn)品也越來(lái)越受到人們的青睞。國(guó)外智能車輛的研究歷史較長(zhǎng)。相比于國(guó)外，我國(guó)開(kāi)展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國(guó)家但是也取得了一系列的成果。隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制將有廣闊的發(fā)展空間。本設(shè)計(jì)的智能小車?yán)眉t外對(duì)管檢測(cè)黑線與障礙物，并以單片機(jī)為控制芯片控制電動(dòng)小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡避障的功能。并對(duì)智能小車研究現(xiàn)狀以及未來(lái)的應(yīng)用與發(fā)展前景做一個(gè)全方面的介紹。關(guān)鍵詞:智能技術(shù)，自動(dòng)循跡，避障 前言

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、DVD、洗衣機(jī)、汽車等消費(fèi)類產(chǎn)品越來(lái)越呈現(xiàn)光機(jī)電一體化、智能化、小型化等趨勢(shì)。智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多科學(xué)的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，一般主要路徑識(shí)別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。一般而言,智能車系統(tǒng)要求小車在白色的場(chǎng)地上,通過(guò)控制小車的轉(zhuǎn)向角和車速,使小車能自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛[1]。智能小車運(yùn)用直流電機(jī)對(duì)小車進(jìn)行速度和正反方向的運(yùn)動(dòng)控制，運(yùn)用直流電機(jī)對(duì)小車進(jìn)行速度和正反方向的運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制直流電機(jī)的工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)小車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。智能小車的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外智能車輛的研究歷史較長(zhǎng)，始于上世紀(jì)50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段[2][3][4]：

第一階段，20世紀(jì)50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國(guó)Barrett Electronics 公司研究開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定線路上的拖車式運(yùn)貨平臺(tái)，但它卻具有了智能車輛最基本得特征即無(wú)人駕駛。早期研制AGVS的目的是為了提高倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的物品運(yùn)輸。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。

第二階段，從80年代中后期開(kāi)始，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)智能車輛開(kāi)展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目于1986年開(kāi)始了在這個(gè)領(lǐng)域的探索。在美洲，美國(guó)于1995年成立了國(guó)家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會(huì)，主要目的是研究自動(dòng)車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛技術(shù)的整體進(jìn)步。進(jìn)入80年代中期，設(shè)計(jì)和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開(kāi)始研制智能車輛平臺(tái)。

第三階段，從90年代開(kāi)始，智能車輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。最為突出的是，美國(guó)卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺(tái)自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。

目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段。這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國(guó)外智能車輛的主要發(fā)展方向。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的智能車輛具有代表性的有：

德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究，1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛在戶外高速公路上以100km/h的速度進(jìn)行了測(cè)試，它使用了機(jī)器視覺(jué)來(lái)保證橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進(jìn)行了展示，該車可以自動(dòng)停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車輛都配備了UBM視覺(jué)系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。

荷蘭鹿特丹港口的研究，智能車輛的研究主要體現(xiàn)在工廠貨物的運(yùn)輸。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無(wú)人駕駛的車輛來(lái)往返運(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光陣列傳感器去探測(cè)障礙。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問(wèn)題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運(yùn)往各地。

日本大阪大學(xué)的研究，大阪大學(xué)的Shirai實(shí)驗(yàn)室所研制的智能小車，采用了航位推測(cè)系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計(jì)來(lái)獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。另外，斯特拉斯堡實(shí)驗(yàn)中心、英國(guó)國(guó)防部門的研究、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國(guó)麻省理工學(xué)院、韓國(guó)理工大學(xué)對(duì)智能車輛也有較多的研究。

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

相比于國(guó)外，我國(guó)開(kāi)展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對(duì)某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國(guó)在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，并且存在一定得技術(shù)差距，但是我們也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：

（1）中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院與2003年研制成功我國(guó)第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車在正常交通情況下的高速公路上，行駛的最高穩(wěn)定速度為13km/h,最高峰值速度達(dá)170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

（2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺(tái)PC486完成路邊抽取識(shí)別和激光信息處理，8098單片機(jī)完成定位計(jì)算和車輛自動(dòng)駕駛。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的“感知-建模-規(guī)劃-執(zhí)行”算法，其直線跟蹤速度達(dá)到20km/h，避障速度達(dá)到5-10km/h。

智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行智能交通系統(tǒng)ITS（Intelligent Transport System）關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。隨著ITS研究的興起，我國(guó)已形成一支ITS技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊(duì)伍。并且各交通、汽車企業(yè)越來(lái)越加大了對(duì)ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會(huì)的關(guān)注程度在不斷提高。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010年長(zhǎng)期規(guī)劃。相信經(jīng)過(guò)相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國(guó)ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會(huì)得到很大提高。

目前學(xué)術(shù)界對(duì)智能小車的研究也很多，桂林理工大學(xué)黃建能等[2]設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控小車，其由四部分組成：主控模塊、無(wú)線通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機(jī)作為處理器；無(wú)線通信模塊采用芯片 PT2262和 PT2272實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)；用內(nèi)置兩個(gè)H橋的 L298芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及加速、減速的動(dòng)作。整個(gè)無(wú)線遙控小車系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并具有一定的可擴(kuò)展性。

于連國(guó)、李偉等[6]設(shè)計(jì)了自動(dòng)往返的智能電動(dòng)車，其采用 STC89C51 單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制核心；使用紅外傳感器檢測(cè)跑道黑線并把反饋到的信號(hào)傳給單片機(jī)，能夠使小車在各區(qū)域均能按預(yù)定的速度行駛。

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

葛廣軍,楊帆[7]設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)循跡的智能小車。該智能小車的控制系統(tǒng)以單片機(jī)MC912DG128為核心,由路徑識(shí)別、車速檢測(cè)、舵機(jī)控制、直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200和電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7525等模塊組成，并詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的組成原理和軟硬件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)具有循跡效果好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

董濤,劉進(jìn)英等[8]設(shè)計(jì)并制作了一種具有紅外遙控、自動(dòng)避障、智能尋徑等功能的智能小車，該車以玩具小車為車體,直流電機(jī)及其控制電路為整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，STC89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,采用IRM-2638紅外一體接收頭接收控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的遙控,加以多種傳感器以實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)避障與智能尋徑等功能，該小車還配備了兩塊數(shù)碼顯示管，以便實(shí)時(shí)觀察小車狀態(tài)。該小車工作穩(wěn)定，還可用于各種機(jī)器人比賽。

姜寶華、齊強(qiáng)等[9]基于STC89C52RC單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種遙控智能小車。小車具有自動(dòng)、遙控兩種模式。該小車在遙控模式下小車可在1公里范圍遙控到達(dá)指定位置，并在手持設(shè)備上顯示小車位置坐標(biāo)；自動(dòng)模式下在封閉環(huán)境輸入任意坐標(biāo)，小車可自動(dòng)運(yùn)行到該位置。

可以預(yù)計(jì)，我國(guó)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。我們要結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在某一方面或某些方面，對(duì)智能車進(jìn)行深入細(xì)致的研究，為它今后的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。智能小車設(shè)計(jì)構(gòu)想

智能車輛是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。本次設(shè)計(jì)對(duì)智能小車的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于路徑規(guī)劃處理的智能小車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能小車最基本的兩個(gè)功能：循跡、避障。

3.1 主控系統(tǒng)

方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的 邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)角度考慮我放棄了此方案。

方案2：采用51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心[7]，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)——控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。

綜上所述，我采用了方案二。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

方案1：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。

方案2：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。

方案3：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。

這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。

綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案三。

3.3 循跡模塊

方案1：采用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過(guò)程極易出現(xiàn)問(wèn)題，而且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。

方案2：采用兩只紅外對(duì)管，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開(kāi)關(guān)接受到白線與黑線的情況來(lái)控制小車轉(zhuǎn)向來(lái)調(diào)整車向，測(cè)試表明，只要合理安裝好兩只光電開(kāi)關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。

方案3：采用三只紅外對(duì)管，一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開(kāi)關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測(cè)到黑

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開(kāi)關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，小車在尋跡過(guò)程中有一定的左右搖擺不定，雖然可以正確的循跡但其成本與穩(wěn)定性都次于第二種方案。

綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇方案二。

3.4 避障模塊

方案1：采用一只紅外對(duì)管置于小車中央。其安裝簡(jiǎn)易，也可以檢測(cè)到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會(huì)與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。

方案2：采用二只紅外對(duì)管分別置于小車的前端兩側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，對(duì)小車與障礙物相對(duì)距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時(shí)反應(yīng)。

方案3：采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。通過(guò)測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開(kāi)障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。

綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇方案二。設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述

4.1 循跡原理

這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)15cm。對(duì)于發(fā)射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。

當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號(hào)，那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號(hào)被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)紅外線檢測(cè)信號(hào)的功能。將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。

循跡流程框圖如圖4.1所示。

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

開(kāi)始前進(jìn)N是否檢測(cè)到黑線Y左轉(zhuǎn)Y判斷是否是左邊檢測(cè)到黑線N右轉(zhuǎn)

圖4.1 循跡流程框圖

4.2 紅外避障原理

避障傳感器基本原理，和循跡傳感器工作原理基本相同，利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒(méi)有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因?yàn)閭鞑ゾ嚯x越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭。傳感器檢測(cè)到這一信號(hào)，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，完成一個(gè)漂亮的躲避障礙物動(dòng)作傳。

躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過(guò)光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。

紅外避障流程框圖如圖4.2所示。

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

開(kāi)始前進(jìn)N左轉(zhuǎn)是否檢測(cè)到障礙物NY左紅外是否檢測(cè)到障礙物N左右紅外對(duì)管都檢測(cè)到障礙物YY右轉(zhuǎn)后退

圖4.2 紅外避障流程圖 總結(jié)及展望

智能小車的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用涉及傳感技術(shù)、電氣技術(shù)、電氣控制技術(shù)、智能控制等學(xué)科，智能控制技術(shù)是一門跨科學(xué)的綜合性技術(shù)，當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模塊在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)行，可運(yùn)用于科學(xué)勘探等用途，無(wú)需人為的管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或更高的目標(biāo)。智能機(jī)器人正在代替人們完成這些任務(wù)，凡不宜有人直接承擔(dān)的任務(wù)，均可由智能機(jī)器人代替，可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險(xiǎn)地段，人類無(wú)法介入等特殊情況下的任務(wù)，智能小車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。對(duì)于智能小車研究還可以從以下方向展開(kāi)：在小車上裝攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控采集，通過(guò)無(wú)線傳給遠(yuǎn)端的主機(jī)，主機(jī)可以發(fā)送命令給小車，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作等等。還可以擴(kuò)展其他的模塊。就可以廣泛的應(yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險(xiǎn)搜索、智能救援等。

智能小車設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

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第五篇：電磁智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告

標(biāo)題：電磁感應(yīng)智能電動(dòng)車

摘要:本系統(tǒng)以AVR單片機(jī)MEGAl6為核心器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制，使電動(dòng)小車自動(dòng)行駛。利用電磁原理，在車模前上方水平方向固定兩個(gè)相距為L(zhǎng)的電感，通過(guò)比較兩個(gè)電感中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小即可判斷小車相對(duì)于導(dǎo)線的位置，進(jìn)而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。用PWM技術(shù)控制小車的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成小車位置、速度、時(shí)間等的控制。利用干簧管來(lái)檢測(cè)跑道的起始和終點(diǎn)位置從而完成小車的起步及停車。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：

AVR單片機(jī)MEGAl6（該芯片能夠不需要外圍晶振和復(fù)位電路而獨(dú)立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。）為核心，由單片機(jī)模塊、路徑識(shí)別模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成，如下圖所示。基于電磁感應(yīng)的智能尋跡車模系統(tǒng)以

直流電動(dòng)機(jī)為車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)用于控制車輛行駛方向。智能尋跡車模利用電磁感應(yīng)在跑道上自主尋跡前進(jìn)，轉(zhuǎn)向。

單片機(jī)模塊(控制模塊)：

尋跡車模采用AVR內(nèi)核的ATMEGAl6。該芯片能夠不需要外圍晶振和復(fù)位電路而獨(dú)立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。

路徑識(shí)別模塊：

本方案就是在車模前上方水平方向固定兩個(gè)相距為L(zhǎng)的電感。左邊的線圈的坐標(biāo)為（x,h,z），右邊的線圈的位置(x-L,h,z)。由于磁場(chǎng)分布是以z軸為中心的同心圓，所以在計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的時(shí)候我們僅僅考慮坐標(biāo)(x,y)。由于線圈的軸線是水平的，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反映了磁場(chǎng)的水平分量。計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

圖 1 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與它距導(dǎo)線水平位置x 的函數(shù)

如果只使用一個(gè)線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 是位置x 的偶函數(shù)，只能夠反映到水平位置的絕對(duì)值x 的大小，無(wú)法分辨左右。為此，我們可以使用相距長(zhǎng)度為L(zhǎng) 的兩個(gè)感應(yīng)線圈，計(jì)算兩個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的差值：

對(duì)于直導(dǎo)線，當(dāng)裝有小車的中軸線對(duì)稱的兩個(gè)線圈的小車沿其直線行駛，即兩個(gè)線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對(duì)稱時(shí)，則兩個(gè)線圈中感應(yīng)出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)大小應(yīng)相同、且方向亦相同。若小車偏離直導(dǎo)線，即兩個(gè)線圈關(guān)于導(dǎo)線不對(duì)稱時(shí)，則通過(guò)兩個(gè)線圈的磁通量是不一樣的。這時(shí)，距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的那個(gè)線圈中的。根據(jù)這兩個(gè)不對(duì)稱的信號(hào)的差值，即可調(diào)整小車的方向，引導(dǎo)其沿直線行駛。

對(duì)于弧形導(dǎo)線，即路徑的轉(zhuǎn)彎處，由于弧線兩側(cè)的磁力線密度不同，則當(dāng)載有線圈的小車行駛至此處時(shí)，兩邊的線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)是不同的。具體的就是，弧線內(nèi)側(cè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于弧線外側(cè)線圈的，據(jù)此信號(hào)可以引導(dǎo)小車拐彎。

另外，當(dāng)小車駛離導(dǎo)線偏遠(yuǎn)致使兩個(gè)線圈處于導(dǎo)線的一側(cè)時(shí)，兩個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是不平衡的。距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的線圈。由此，可以引導(dǎo)小車重新回到導(dǎo)線上。

由于磁感線的閉合性和方向性，通過(guò)兩線圈的磁通量的變化方向具有一致性，即產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，所以由以上分析，比較兩個(gè)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小即可判斷小車相對(duì)于導(dǎo)線的位置，進(jìn)而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。

驅(qū)動(dòng)模塊：

簡(jiǎn)易智能小車有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。其中一個(gè)小電動(dòng)機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向，給電動(dòng)機(jī)加正反向電壓，實(shí)現(xiàn)前輪的左右轉(zhuǎn)向；另一電動(dòng)機(jī)控制后輪驅(qū)動(dòng)力?？刂妻D(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)需要較小的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，選L293作為驅(qū)動(dòng)芯片；由于后輪驅(qū)動(dòng)功率較大，所以選用L298N，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小車行使過(guò)程中負(fù)載較大，導(dǎo)致L298N發(fā)熱較大，故給芯片添加散熱片以保護(hù)芯片正常工作。為了優(yōu)化控制性能，采用PWM脈寬調(diào)速，并利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生 模擬電壓，控制555生成占空比可調(diào)的脈沖從而控制L293B與L298N進(jìn)行脈寬調(diào)速。

具體設(shè)計(jì)方案：

本設(shè)計(jì)使用一普通玩具小車作為車模，采用P W M 信號(hào)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)PWM信號(hào)脈寬處于(1ms,1.5ms)區(qū)間時(shí)舵機(jī)控制小車向左行駛，脈寬處于(1.5ms,2ms)時(shí)小車向右行駛，脈寬約為1.5ms時(shí)小車沿直線行駛。本方案使用兩個(gè)10mH的電感置于車模頭部作為確定小車位置的傳感器。然后，設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬電路，采集、調(diào)理、放大由電感得到的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。具體電路如圖2所示。

該電路采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，電感信號(hào)從PL進(jìn)入?？紤]到單獨(dú)電感感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)很小，本設(shè)計(jì)使用電感和電容諧振放大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于使用的是10mH的電感，導(dǎo)線中電流頻率為20kHz，因此使用6.3nF的電容。這樣在電容上得到的電壓將會(huì)比較大，便于三極管進(jìn)行放大。整個(gè)電路的具體放大倍數(shù)需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)的小車控制電路如圖3所示。

首先，把由兩個(gè)電感得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)調(diào)理、放大后得到的電壓輸出u1和u2送入由運(yùn)放組成的減法器中進(jìn)行減法運(yùn)算，然后再經(jīng)由運(yùn)放組成的電壓跟隨器送給下一級(jí)電路。經(jīng)過(guò)分析，這一級(jí)電路的輸出大致可由下式進(jìn)行計(jì)算：

后一級(jí)電路由兩個(gè)555定時(shí)器組成，其中下方的555構(gòu)成一個(gè)占空比非常接近于1的脈沖發(fā)生器，作為上方555的觸發(fā)脈沖。因?yàn)榇擞|發(fā)脈沖的低電平信號(hào)非常窄，所以能很好的保證上方555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路正常運(yùn)行。該脈沖信號(hào)頻率為：

上方的555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)型壓控振蕩器，它的脈寬受輸入V1的控制，輸出即PWM信號(hào)。當(dāng)V1較大時(shí)，即兩個(gè)電感線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相差較大時(shí)，亦即小車偏離導(dǎo)線向左行駛時(shí)，則脈寬較大，舵機(jī)將控制小車向右行駛；當(dāng)V1適中時(shí)，接近，即小車沿導(dǎo)線行駛時(shí)，則脈寬接近1.5ms，小車按直線行駛；當(dāng)V1較小時(shí)，即小車偏離導(dǎo)線向右行駛時(shí)，則脈寬較小，舵機(jī)將控制小車向左行駛。從而，控制小車大致循著導(dǎo)線行駛。另外，改變構(gòu)成減法器的電阻的值，可以調(diào)整小車反應(yīng)的靈敏度，進(jìn)而防止出現(xiàn)小車以導(dǎo)線為中軸線左右搖擺的現(xiàn)象。

補(bǔ)充說(shuō)明：跑道上的起始位置及終點(diǎn)位置用干簧管來(lái)檢測(cè)。

程序設(shè)計(jì)流程圖：