【正文】 本于 1996 年成立了高速公路先進巡航 /輔助駕駛研究會，主要目的是研究自動車輛導(dǎo)航的方法，促進日本智能車輛技術(shù)的整體進步。 目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段。這兩種車輛都配備了 UBM 視覺系統(tǒng)。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，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)將貨物從鹿特丹運往各地。而且大多數(shù)研究處在于針對某個單項技術(shù)研究的階段。計算機系統(tǒng)采用兩臺 Sun10 完成信息融合、路徑規(guī)劃， 第 4 頁 兩臺 PC486 完成路邊抽取識別和激光信息處理， 8098 單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。隨著 ITS 研究的興起，我國已形成一支 ITS 技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊伍。 可以預(yù)計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。 圖 小車外形圖 第 5 頁 第 二 章 智能小車總體結(jié)構(gòu) 方案綜述 本課題設(shè)計主要是制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。電機驅(qū)動電路采用 H橋驅(qū)動模塊 ， 驅(qū)動 2 個直流電機； 測距、 避障采用 超聲波 傳感器 完成，最后 由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過編程有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相 應(yīng)動作，實現(xiàn)了智能控制，相當于簡易機器人。 方案一：可以采用 ARM 為系統(tǒng)的控制器 ，優(yōu)點是該系統(tǒng)功能強大，片上外設(shè)集成度搞密度高，提高了穩(wěn)定性，系統(tǒng)的處理速度也很高，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。 避障單元方案比較與選擇 方案一：用超聲波傳感器進行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。 “ 小車”的必要的信息 電機參數(shù)： 額定電壓 —— 空載電流 —— 85 – 95 mA 空載轉(zhuǎn)速 —— 9800 rpm +/‐ 10% 堵轉(zhuǎn)電流 —— 1100mA 堵轉(zhuǎn)力矩 —— 50g/cm (最大 ) 減速箱： 1： 48 結(jié)構(gòu)參數(shù) 車輪直徑 —— 65mm 碼盤齒數(shù) —— 60 個 碼盤等效直徑 —— 42 mm 脈沖精度 —— （單邊沿采集，可用倍頻方式提高精度） 輪距 —— 約 外形尺寸 —— 約 75x 75 x 75 mm 重量 —— 約 240g （不含電池） 最快運動速度： 選用 1： 48減速箱 —— 約 695mm/s 最大力矩： 選用 1： 48減速箱 —— 約 第 8 頁 第三章 智能小車的 觸覺、 眼睛 智能小車內(nèi)部檢測原理 智能小車 驅(qū)動檢測電路：實現(xiàn)電機驅(qū)動、碼盤采樣、電機電流檢測功能，兩側(cè)獨立設(shè)計，方便檢修。 紅外光電耦合器 見圖 ，為直射式光電傳感器 。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。 單片機通過分別對兩個輪子的轉(zhuǎn)速值，進行比較，即可判斷出左、右輪的轉(zhuǎn)速快慢程度。 圖 實際電路板 遮光盤 正面 背面 直射型光電晶體管 第 10 頁 測距原理：將 遮光 碼 盤 安裝在電機軸上，當電機轉(zhuǎn)動時， 遮光 碼盤 也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在 碼盤 一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點亮，在 碼盤 的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。 之所以用運放，而不是直接 使用施密特觸發(fā)器，是因為這樣可以方便的改變回差大小。 電壓檢測電路： 第 12 頁 圖 電壓 檢測電路 電壓采用簡單的分壓處理，設(shè)計了一個跟隨器以減少 AD 輸入阻抗對分壓的影響。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾 統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù) 計時器 記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 。 測距的公式表示為： L=CT 式中 L為測量的距離長度； C為超聲波在空氣中的傳播速度； T為測量距離傳播的時間差 (T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半 )。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以 第 14 頁 及用 LM92 溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們 設(shè)計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。接收過程中，單片 機定時控制放大電路的增益，逐漸提高，以適應(yīng)距離越遠越弱的回波信號。 第 15 頁 小車利用超聲波傳感器測距，測量值采用的是小車主控芯片與該智能傳感器串行通訊獲得，以下為串行通訊的有關(guān)協(xié)議、命令 說明。 “自動測量”又分為“被動數(shù)據(jù)返回”和“主動數(shù)據(jù)返回”兩種方式。 “單輪測量”為接收到命令后開始測量，并返回數(shù)據(jù)，測量命令可設(shè)置測量次數(shù)、數(shù)據(jù)處理方式，傳感器按 要求返回，增加測量的可靠性。 校驗和 —— 從命令開始到數(shù)據(jù)域結(jié)束所有字節(jié)的算術(shù)和，取最低字節(jié)的反碼。 ? 命令二：寫內(nèi)存，實現(xiàn)寫指定地址開始的 N 個字節(jié)，地址用兩字節(jié)表示。 命令字 —— 0x03 數(shù)據(jù)域 —— 工作模式（ 1字節(jié)） 工作參數(shù)（ 1 字節(jié)） 第 18 頁 其中： 工作模式 —— 高 4位為主模式，低 4位為子模式； 工 作參數(shù) —— 與工作模式對應(yīng)，自動測量時為測量周期，單位 10ms；單輪測量時為測量的次數(shù)，暫定最多為 8次。 單輪測量對應(yīng)的子模式： a) 無數(shù)據(jù)處理返回 —— 只是將命令中要求測量的數(shù)據(jù)全部返回 b) 剔除最大最小值返回 —— 將測量數(shù)據(jù)中最大、最小值剔除，返回數(shù)據(jù)比指定數(shù)少 2 個，當指定的測量次數(shù)小于 3 時，強制切換到“無數(shù)據(jù)處理模式”； c) 平均值返回 —— 將指定的測量數(shù)據(jù)平均后返回，只有一個平均值； d) 剔除最大最小后平均值返回 —— 先剔除最大最小值，剩下的再取平均值，當數(shù)據(jù)數(shù)小 第 19 頁 于 4 時，強制切換到“剔除最大最小值” 模式。 通訊分為兩個狀態(tài)：一是什么也沒有收到；二是收到了幀頭，等待幀結(jié)束。程序如下： int iFlashTime = 500。 SendData[2]=0x01。 SendData[6]=0x23。 for(i=0。 n= ()。 } i=0。} if(i==3) { sum=0。} if(RecvData[14]=~sum) { distant=RecvData[6]。}} }} ()。 車輪安裝 由于減速箱的輸出軸是塑料的，強度有限，且有一定晃動間隙，不利于車輪上的碼盤采樣，必須設(shè)計另一個輪軸支點，以增加車輪的穩(wěn)定性。這樣處理，既解決了驅(qū)動板的安裝，又增加了側(cè)蓋的強度，同時將有效空間全部留給了用戶。 輪系 主要構(gòu)成 基架：作為小車的主結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電機固定、電池盒放置、線路板安裝等基礎(chǔ)功能。輪胎寬度 ，設(shè)計成平面以增加摩擦力。 PWM 控制技術(shù) 以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為 電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。 第 27 頁 模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。 模擬電壓和電流可直接用來進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。 盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟或可行的。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。這也是用 MOS 管帶來的好處，因為橋臂壓降小，所以用 4 節(jié)充電電池即可驅(qū)動，這樣既便于充電，又減輕了小車的自重。 控制邏輯 控制邏輯 如下： 圖 控制邏輯圖 第 29 頁 第五章 智能小車的大腦 這是學(xué)習單片機應(yīng)用的平臺，而單片機的種類眾多，除了流行的 8位機：5 AVR、 PIC 系列，還有日漸被接受的 16位機 MSP430 系列，以及最近升勢很猛的 ARM Cortex‐ M系列，這些單片機各有優(yōu)勢，無法說誰好誰壞，完全取決于學(xué)習者的需求和喜好，此外還有越來越接近 MCU 的 DSP，所以我將這個權(quán)力交還給用戶。 圖 Arduino 單片機 第 30 頁 Arduino 可以使用開發(fā)完成的電子元件例如 Switch 或 sensors 或其他控制器、 LED、步進馬達或其他輸出裝置。 使用低價格的微處理控制器 (ATMEGA8 或 ATmega128)。 可依據(jù)官方提供的 Eagle 格式 PCB 和 SCH電路圖，簡化 Arduino 模組，完成獨立運作的微處理控制。 Arduino 從數(shù)字 I/O管腳上只能讀出高電平（ 5V）或者低電平（ 0V），因此我們首先面臨到的一個問題就是如何將開關(guān)的開 /斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成 Arduino 能夠讀取的高 /低電平。 Arduino 是無法理解這些模擬量的，它們必須在經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量后，才能被 Arduino 進一步處理。至于到底有多少可能的值則取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度，精度越高能夠得到的值就會越多。例如，除了想用微控制器找開或者關(guān)閉電燈之外，我們還會想控制燈光的亮度，這時就需要用到模擬輸出。 在 Arduino 數(shù)字 I/O 管腳 10 和 11 上，我們可以通過 analogWrite()函數(shù)來產(chǎn)生模擬輸出。 圖 Arduino 單片機引腳功能表 在許多實際應(yīng)用場合中我們會要求在 Arduino 和其它設(shè)備之間實現(xiàn)相互通信，而最常見通常也是最簡單的辦法就是使用串行通信。完成 RS232 電平和TTL 電平之間的轉(zhuǎn)換一般采用專用芯片，如 MAX232 等，但在 Arduino 上是用相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路來完成的。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，Arduino 則提供了 ()和 ()兩個函數(shù)，它們的區(qū)別在于后者會在請求發(fā)送的數(shù)據(jù)后面加上換行符，以提高輸出結(jié)果的可讀性。 loop()函數(shù)是一個循環(huán)函數(shù)，函數(shù)內(nèi)的語句周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行，功能類似 c 語 言中的“ main()。老師們的諄諄教導(dǎo)，使我體會了學(xué)習的樂趣。思想變成熟了許多，性格更堅毅了。 在學(xué)習工作上，根據(jù)導(dǎo)師的指導(dǎo)，研讀了大量論著，逐步明確了發(fā)展方向，通過自身不斷的努力，以及與師長同學(xué)間的探討交流，取得了一些比較滿意的成果。畢業(yè)在即，在工作實踐中，除了提升適應(yīng)工作要求的具體業(yè)務(wù)能力，還提高了和同學(xué)溝通交流的能力，團隊協(xié)作的素質(zhì)也得以培養(yǎng)，為走出校園融入社會做好了準備。