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1、智能车技术报告(新)南京工业大学信息学院电子设计大赛智能车技术报告学校：南京工业大学专业：电子信息工程参赛队员：沈春娟袁乐乐袁冯杰引言根据本次比赛规则的要求,结合“飞思卡尔的一些要求，本队已经完成了智能车系统的设计、制作、安装和调试。该智能车的设计思路是：首先，通过途径识别传感器收集途径信息，经STC12C5A32S2单片机处理输出控制信号，通过电机驱动控制两个直流电机的转速，实现智能车快速寻迹的目的。利用红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航的设计与实现。使用红外反射式传感器感悟与地面颜色有较大反差的引导线，进而实现自主式寻迹。利用PWM技术对直流电机进行速度调节，两轮驱动，运用两个直流电机转
2、速差异进行方向的控制调节。本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式传感器识别途径上的黑线，通过PWM技术对两个直流电机的速度进行控制，由速度差决定转向的角度，使用开环控制结合PD算法对速度进行简单修正实现直流电机的速度控制。该系统以STC公司的生产的单片机STC12C5A32S2为控制核心，主要由电源模块、核心控制模块、途径识别模块、车速检测模块和直流驱动电机控制模块组成。为了使智能车愈加快速、平稳、准确地行驶，本系统将途径识别，车速的快速检测与响应，电机和直流驱动电机的正确控制严密地结合在一起。技术报告共分为五个部分：第一部分为引言；第二部分是智能车系统设计，介绍智能车总体设计和软、硬件设计及实
3、现方案；第三章是控制算法设计，详述智能车软件实现；第四章是实验验证；第五章是总结。智能车系统设计一硬件设计本系统硬件部分由电源模块、主控制器模块、途径识别模块、车速检测模块和直流驱动电机控制模块组成，系统硬件构造如下图。1.主控制器模块本系统中，主控制器模块采用STC12C5A32S2单片机。STC公司的单片机STC12C5A32S2主要特点就是功能高度的集中，并且易于扩展，超强抗干扰，超强抗静电，低功耗。拥有2个16位定时器(兼容普通8051定时器T0/T1)，2路PCA可再实现2个定时器，拥有8通道、10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用。该单片机的运算能力
4、强，自由度大，软件编程灵敏。支持C语言程序设计、汇编语言程序设计以及C语言与汇编语言的混合程序设计，在系统可编程,无需编程器,无需仿真器，极大地方便了用户的使用，提高了系统开发效率。我们选择这款单片机主要是由于该单片机集成了两路可编程计数器阵列(PCA)模块，可用于脉宽调制(PWM)输出，来控制车轮的转速。2.电源模块本系统中，为知足智能车各部分正常工作的需要，本系统采用12V25C航模电池，通过外围电路的整定，电源被分配给各个模块。电源模块分为两个部分，为了保证控制核心的稳定性，单独供电，主电路板供电采用7805集成稳压块，该集成电路输出电压稳定，加之直流供电，不需要复杂的滤波系统。缺点发热
5、量大，电能利用率低，所以7805能够知足系统要求。电路如下图：主控制器模块电源模块途径识别模块电机驱动模块车速检测模块直流电机驱动电源采用LM317T可调三端稳压电路，该电路能够调节输出电压，由于L298n存在压降，使用可调稳压模块能够方便调节电机的电压，控制转速，最大电流2A，由于散热量大，加装散热片。电路图如下图：3.途径识别模块本系统的途径识别模块采用收发一体的红外反射式光电传感器RG149作为途径的基本检测元件。该器件对黑白反响灵敏，几乎不受自然光线影响，反应的电信号稳定，RG149的封装比拟合适稠密排布，硬件电路简单且易于实现。下列图为其硬件原理图。如下图，发射管串接一330的电阻，
6、向反射平面跑道发出红外光，假如红外光被黑色途径吸收，则LM339比拟器的3号脚将呈现高电平电平，通过与2号脚设定的参考电平比拟，产生高电平输出；相反则产生低电平输出。LM339集成块内部装有四个独立的电压比拟器，失调电压小，典型值为2mV。还能够组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、CMOS电路接口。途径识别模块的安装如下列图所示，9个RG149按“一字形排列在电路板上。由于标准大赛跑道的黑色轨迹的宽度为2.5cm，选择每个光电管的互相间隔为2cm，依次排开。如此可能出现两个光电管同时检测到黑线，进而增加了光电管检测区间，相应地提高了识别精度。整个途径识别模块电路板安装在车头的两个支架上。
7、电路板安装越靠前，则智能车的预瞄性能越强，检测连续弯道的效果突出；越靠后安装，智能车的直道稳定性越好。因而“一字形的排布以及这种安装能够应对灵敏多变的跑道。图2.5光电传感器排布图本系统的途径识别电路是开关量输出，因而途径信息能够通过简单电平分析得到。参考本次比赛赛道讲明，系统中将十一个光电管的检测范围划分成17个区间，所以本系统对途径的识别共有18种电平状态。由此能够简化软件设计，进而缩减途径判定的时间，进而迅速控制车子转向。4.车速检测模块本系统的车速检测模块采用LM2907芯片，LM2907为集成式频率电压转换器，芯片中包含了比拟器、充电泵、高增益运算放大器，号转换为直流电压信号。LM2
8、907工作原理：当输入电压ui0时，比拟器的输出使阈值开关电路转向上限阈值电平3/4V+，此时给电容c1和c2充电的电流源ic接通。当电容器c1充电到3/4V+时，ic又被断开，此后电容器c1保持这个电平直到输入电压变为负值。当输入电压ui二软件设计1.PWM模块在设计循迹小车的程序时，主要是对速度的控制，这也是我们为什么选了一款自带PWM模块的单片机，而没有选择常用的80C51的原因。下面我就简单介绍一下PWM的程序。原理：当寄存器CL的值小于EPCnL,CCAPnL时，输出为低；当寄存器CL的值等于或大于EPCnL,CCAPnL时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，EPCnH,CC
9、APnH的内容装载到EPCnL,CCAPnL中。这样就可实现无干扰地更新PWM。要使能PWM形式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。由于PWM是8位的，所以：PWM的频率=PCA时钟输入源频率/256。由于我们采用的系统时钟是11.0592M，频率太高，车子的速度难以到达。所以利用定时器0的溢出对系统时钟进行了分频，经过测试，我们最终把PWM的频率定为490HZ。2.循迹模块最终目的是当智能车在直道行驶时，方向迅速保持稳定、不颤抖，同时速度迅速升到设定的最大值并稳定；当智能车由直道高速进入弯道时，速度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两车轮的速度差越大；而当智能车碰到十字穿插路段或是脱离轨迹等特殊情况时，智能车保持与上次正常情况一致的方向，速度则相应的降低。首先通过途径识别模块的个“一字形排列的光电传感器检测轨迹黑线的当前位置。然后根据检测结果判定智能车与轨迹偏离的情况。若被正中间的光电传感器检测到黑线，就表示智能车未偏离轨迹，则控制电机使两车轮没有速度差，同时控制驱动电机使速度上升到设定的最大速度。若被左右边的光电传感器检测到黑线，就表示智能车向右左偏离轨迹。越被靠左右的传感器检测到，表示智能车向右左偏离轨迹的程度越大。控制PWM的占空比使智能车向左右偏转，偏离程度越大，则偏转角度越大。