智能車實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 寧 波 大 學(xué) 創(chuàng)新性開放實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目 基于光電傳感器的自動(dòng)尋跡小車 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 目錄光電感應(yīng)智能車2一、 硬件系統(tǒng)3 （一)硬件框圖.3 1、電源模塊4 2、尋跡模塊4 3、驅(qū)動(dòng)模塊5 4、測(cè)速模塊6二、 軟件系統(tǒng)7（一） 主程序流程圖7 1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)8 2、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)10參考文獻(xiàn)13 光電感應(yīng)自動(dòng)尋跡智能車【摘要】如果把自動(dòng)尋跡小車成比例的擴(kuò)大數(shù)倍，就成為真正有意義上的智能車，可以運(yùn)用于軍事、民用領(lǐng)域，對(duì)未來(lái)汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒意義。通過(guò)光電傳感器來(lái)尋找軌跡，以所編寫的程序?yàn)檐浖С?，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算生成相應(yīng)的控制參數(shù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)使小車按照軌跡運(yùn)動(dòng)。其中小

2、車在直線行駛過(guò)程控制參數(shù)保持不變，勻速行駛，而在小車要轉(zhuǎn)彎之前則要先減速以防止小車過(guò)彎時(shí)沖出賽道，彎道過(guò)去之后在加速行駛以減少行駛時(shí)間。 【關(guān)鍵詞】 紅外傳感器 ；PID控制；自動(dòng)尋跡一、 硬件系統(tǒng) （一）智能小車的整體結(jié)構(gòu)圖智能車通過(guò)單片機(jī)來(lái)接受和發(fā)出參數(shù)狀態(tài)信號(hào)，電源模塊是給智能車各個(gè)模塊提供電壓以使模塊可以正常運(yùn)作，尋跡模塊則是包含著參數(shù)輸送給單片機(jī)的作用，驅(qū)動(dòng)模塊是小車動(dòng)起來(lái)的根源，測(cè)速模塊是為了控制車速以使智能車平穩(wěn)的沿著車道運(yùn)行。1、電源模塊 在“飛思卡爾”比賽中，比賽方提供的是智能車競(jìng)賽統(tǒng)一配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用7.2V 供電，但是在單片機(jī)系統(tǒng)、路徑識(shí)別的光電傳感器、光電碼編

3、碼器等均需要5V電源，直流電機(jī)可以使用7.2V 蓄電池直接供電，我們采用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源（LM2940、7805等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（LM2596）兩大類。對(duì)于單片機(jī)，選用LM2940-5單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行供電；而其它模塊則需要通過(guò)較大的電流，利用LM2940-5和LM2596-5對(duì)控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開供電，可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問(wèn)題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。電源電路圖：2、尋跡模塊 尋跡模塊是智能車系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊之一，所尋找的路徑的好壞，將直接影響競(jìng)賽的結(jié)果，我們采用的是光電傳感器來(lái)尋找路徑，光電傳感器具有電路簡(jiǎn)單、信號(hào)處理速度快等特點(diǎn)。因?yàn)樵谫惖乐杏?/p>

4、黑色軌跡線和大面積的白色區(qū)域組成，則會(huì)使發(fā)光二極管發(fā)射的光線強(qiáng)度不同，從而使接受到的光線強(qiáng)度不同，以此來(lái)指示小車前進(jìn)。紅外傳感器電路圖：3、驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用MOS管搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路。采用MOS管構(gòu)成的H橋電路，控制直流電機(jī)緊急制動(dòng)。用單片機(jī)控制MOS管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于MOS管工作在飽和截止?fàn)顟B(tài)，而且還可以選擇內(nèi)阻很小的MOS管，所以效率可以非常高，并且H橋電路可以快速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制。MOS管開關(guān)速度高，所以非常適合采用PWM調(diào)制技術(shù)。所以我們選擇了用MOS管搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路。電機(jī)正轉(zhuǎn)電路：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：4、測(cè)速模塊 在比賽中常用霍爾

5、傳感器來(lái)測(cè)速。如圖1所示，在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓， 它們之間的關(guān)系為 U=kI dB，d為薄片厚度，k為霍爾系數(shù)，通過(guò)對(duì)一定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)數(shù)量的捕捉可以計(jì)算出車輪的速度?；魻杺鞲衅鞯碾娐穲D：二、 軟件系統(tǒng) 系統(tǒng)主程序流程圖開始 速度采樣定時(shí)中斷否舵機(jī)工作尋跡模塊工作定時(shí)器開始系統(tǒng)初始化驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作1、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)橹悄苘囋谫惖郎系穆窂讲皇且粭l直線，它是存在彎道的，所以讓小車以個(gè)加速度均勻的行駛是難以實(shí)現(xiàn)的，在此，我們采用在彎道里速度慢一些以保證穩(wěn)定性，在直道上速度快一些

6、以減少整體行駛時(shí)間。在軟件上的計(jì)算方法采用PID控制。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型是我們選擇的原因。算法：u(t)=kpe(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt在實(shí)驗(yàn)中為提高精確度，選擇積分分離PID算法，即當(dāng)速度誤差較大時(shí)選擇PD控制，可避免大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的相應(yīng)，當(dāng)速度誤差較小時(shí)選擇PID控制，可保證控制精度。u(k)=kpe(k)+bTie（j）+Td*e(k)-e(k-1) b=1或0e（k）是當(dāng)前給定速度和測(cè)量速度的偏差，e（k-1）是上次的偏差。PID控制程序：#include<stdlib.h>#include"glo

7、bal_varible.h"void PID_Math(void)signed long ee1; /偏差一階/signed long ee2; /偏差二階signed long d_out;/積分輸出if(!Flag_PID_T_OK)return;Flag_PID_T_OK=0;Temp_Set=3700;/溫度控制設(shè)定值37.00度 PID_e0 = Temp_Set-Temp_Now;/本次偏差 ee1 = PID_e0-PID_e1; /計(jì)算一階偏差 /ee2 = PID_e0-2*PID_e1+PID_e2; /計(jì)算二階偏差if(ee1 > 500)/一階偏差的限制

8、范圍ee1 = 500;if(ee1 < -500)ee1 = -500;PID_e_SUM += PID_e0; /偏差之和if(PID_e_SUM > 200)/積分最多累計(jì)的溫差PID_e_SUM = 200;if(PID_e_SUM < -200)PID_e_SUM = -200; PID_Out = PID_kp*PID_e0+PID_kd*ee1;/計(jì)算PID比例和微分輸出 if(abs(PID_e0) < 200)/如果溫度相差小于1.5度則計(jì)入PID積分輸出if(abs(PID_e0) > 100)/如果溫度相差大于1度時(shí)積分累計(jì)限制 if(PID

9、_e_SUM > 100)PID_e_SUM = 100;if(PID_e_SUM < -100)PID_e_SUM = -100;d_out = PID_ki*PID_e_SUM;/積分輸出if(PID_e0 < -5)/當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度0.5度時(shí)積分累計(jì)限制if(PID_e_SUM > 150)PID_e_SUM = 150;if(PID_e_SUM > 0)/當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度0.5度時(shí)削弱積分正輸出d_out >>= 1;PID_Out += d_out; /PID比例,積分和微分輸出elsePID_e_SUM=0; PID_Out/=1

10、00;/恢復(fù)被PID_Out系數(shù)放大的倍數(shù) if(PID_Out > 200) PID_Out=200; if(PID_Out<0) PID_Out=0; if(PID_e0 > 300)/當(dāng)前溫度比設(shè)定溫度低3度則全速加熱 PID_Out=200; if(PID_e0 < -20)/當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度0.2度則關(guān)閉加熱PID_Out=0;Hot_T_Run=PID_Out;/加熱時(shí)間控制輸出 PID_e2 = PID_e1; /保存上次偏差 PID_e1 = PID_e0; /保存當(dāng)前偏差1、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理：控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一

11、系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。即由pwm波產(chǎn)生模塊計(jì)算相應(yīng)的pwm波占空比，產(chǎn)生pwm波，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，改變舵機(jī)前輪轉(zhuǎn)角意識(shí)智能車轉(zhuǎn)彎。程序：#include <reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int 

12、0;uinta,b,c,d;  /*a、b為舵機(jī)1、2的脈沖寬度/* /*c、d為中間變量/*sbit p12=P12; sbit p13=p13;  sbit p37=P37;/*輸出管腳void timer0(void) interrupt 1 using 1 p12=!p12; /*輸出取反*/  c=20000-c; /*20000 /*一個(gè)周期時(shí)間20msTH0=-(c/256);TL0=-(c%256);

13、  /*重新定義初值if(c>=500&&c<=2500)c=a;  else c="20000-a" /*判斷寬度是否在正常范圍內(nèi) void timer1(void) interrupt 3 using 1  p13=!p13;  d=20000-d;  TH1=-(d/256); TL1=-(d%256); if(d>=500&&d<=2

14、500)d=b; else d="20000-b"  void main(void)  TMOD=0x11;  /*設(shè)初值p12=1;  p13=1; a=1500;  b=1500; /*舵機(jī)90度的位置c=a;d=b;  TH0=-(a/256); TL0=-(a%256);  TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*設(shè)定定時(shí)器初始計(jì)數(shù)值EA=1;  ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;  ET1=1; TR1=1;  PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1; /*設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)在程序中只要改變a，a從500變化到2500，就可以讓舵機(jī)從0變化到180度。參考文獻(xiàn)1 卓晴,黃開勝,邵貝貝學(xué)做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯M.