【正文】 件設計 ........................................................................................................................... 17 主程序 ....................................................................................................................... 17 沈陽理工大學學士學位論文 IV 循跡算法 ................................................................................................................... 19 傳感器布局 .................................................................................................. 19 直道及簡單彎道的循 跡方法 ...................................................................... 20 垂直交叉路口的循跡方法 .......................................................................... 21 S 型彎及 U型彎的循跡方法 ...................................................................... 23 復 雜賽道的分段循跡方法 .......................................................................... 25 自動控制算法 ........................................................................................................... 26 PID 算法介紹 ............................................................................................. 26 PID 控制在智能玩具車上的實現 ............................................................. 27 各模塊軟件設計 ....................................................................................................... 28 電機控制及調速 .......................................................................................... 28 舵機控制 ...................................................................................................... 30 無線通信 ...................................................................................................... 30 液晶顯示 ...................................................................................................... 32 5 制作與調試 ..........................................................................................................................1 硬件部分制作 ............................................................................................................. 1 系統(tǒng)調試 ..................................................................................................................... 1 硬件調試 ........................................................................................................ 1 軟件參數調試 ................................................................................................ 3 實際測試 ........................................................................................................ 3 6 結論 ..................................................................................................................................... 1 致謝 ........................................................................................................................................... 1 參考文獻 ................................................................................................................................... 1 附錄 A 英文文獻翻譯 .............................................................................................................. 1 附錄 B 程序源代碼 .................................................................................................................. 4 附錄 C 電路原理圖 ................................................................................................................ 58 沈陽理工大學學士學位論文 1 1 引言 研究背景和意義 智能控制技術指在無人 （或少量） 干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自動控制技術。隨著人民生活水平不斷的提高，消費力的提升，智能汽車的產業(yè)前途不可限量。另外，在硬件設計過程中也有很多需要考慮的因素，如強弱電的分離，模擬、數字信號的隔離，布線的合理性等。并且，由于 ARM 的開放授權，大量芯片廠商陸續(xù)跟進，使得該系列芯片成本大大降低，目前價格已經 能做到和傳統(tǒng)單片機一樣的量級。 開關電源一般由脈沖寬度調制沈陽理工大學學士學位論文 3 （ PWM）控制 芯片 和 功率場效應管（ MOSFET） 構成。 該 驅動的電路結構 方案成熟、 原理簡單， 載電流 能力強。另外，該方案集成度較低，體積比較大，不適合智能小車的安裝使用。 另外處理器還通過 I/O 口控制直流電機、舵機 、無線通信 和 LCDSTM32F103 主控芯片 光電傳感器陣列 舵機控制 電機驅動 LCD 顯示 編碼器 無線通信 沈陽理工大學學士學位論文 5 的顯示。主控電路硬件系統(tǒng)包括 MCU 芯片及外圍接口電路、電源電路和對應的程序下載與 ISP通信接口電路。 圖 芯片圖 圖 基本應用電路圖 沈陽理工大學學士學位論文 8 如圖 所示為 的基本應用電路，只要把 正輸入電壓加到集成穩(wěn)壓器輸入端輸入端，公共端接地，其輸出端則可以輸出 正電壓。 驅動電路原理 圖 所示的是一個典型直流驅動調速電路。 電機驅動模塊 在智能車的設計過程中，廣泛采用的驅動方式是使用集成 MOSFET 全橋驅動芯片。 舵機 通過 接收的 發(fā)送信號， 輸出 指定 的 軸旋轉角度。 中間脈沖的寬度為 ， 這個基準信號定義的位置為中間位置 ，如圖 所示 ?，F在常用的編碼器為歐姆龍公司生產的 100 線、 200 線或 500 線編 碼器，這里采用的是歐姆龍 EA62CW3C 型 100 線編碼器， 圖 是該編碼器的實物圖。因此 遇到黑線沈陽理工大學學士學位論文 14 時輸出高電平，白色輸出低電平，從而實現 了黑白路徑 的檢測 。 該款液晶顯示器自身重量輕，占用面積小且顯示區(qū)域大，編程自由。 該無 線通信模塊與 MCU 的接口 應用電路 設計 如圖 所示。 液晶顯示讀取的數值 ()。目前，比較常規(guī)的排列方法就是一 字型排列，如圖 所示。 圖 改進型排列示意圖 SS1 SS2 SS4 SS5 SS3 SS1 SS2 SS3 SS4 SS5 沈陽理工大學學士學位論文 20 直道 及簡單彎道 的循跡方法 直道及簡單的彎道 循跡只用三個循跡傳感器就可以實現，可以用循跡模塊上面的SS SS3 和 SS4 三個傳感器。 尋十 字形的交叉線主要的思想是邊上的四個傳感器（ SS SS SS SS5）碰到黑線的時候讓小車再走一段時間，再判斷最前面那個傳感器 SS3 的狀態(tài)，如果有黑線，就說明尋到了十字路口。 如圖 (a)所示，當前方遇到 S 型彎道時 ，判斷 最邊上兩個傳感器（ SS1 或 SS5），若檢測到黑線，說明當前路徑并非普通的小曲率彎道，需要進一步判斷為何種類型的彎道 。 沈陽理工大學學士學位論文 24 （ a） （ b） （ c） 圖 U 型彎的循跡 同樣的，可以歸納出判斷 S 型彎或 U型彎的程序流程圖，如圖 所示。比例作用大，可以加快調節(jié)，減小誤差，但是過大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 智能汽車 的結構和參數受到各個方面的影響，所以系統(tǒng)得不到精確的數學模型，控制理論的其他技術也難以應用，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，因此 PID 控制技術最方便。由于賽道路況和智能車的姿態(tài)會經常變化，所以速度控制系統(tǒng)的模型也是不定的，通過調試得到不同情況下相對最優(yōu)的 PID 參數，保證了速度控制系統(tǒng)在不同情況下都有較好的控制效果。 TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3和 4。 } 電機調速 代碼如下，其中 PWM 的占空比范圍為 0~99： void Motor_Set_Speed(unsigned char pwm1, unsigned char pwm2) { TIM_SetCompare1(TIM2,pwm1)。 圖 SPI 內部簡明圖 如圖 所示為 SPI 的內部簡明圖。寄存器通過 MOSI信號線將字節(jié)傳送給從機，從機也將自己的移位寄存器中的內容通過 MISO 信號線返回給主機。 STM32 系列 MCU 有富裕的 SPI 接口，所以可以直接利用利用硬件 SPI，但通常沒有必要，因為芯片主頻高 且液晶數據傳輸對實時性要求不高 ，只需要軟件程序模擬即可。 考慮到玩具智能小車工作的環(huán)境比較惡劣，機械震動比較大，工作電壓不穩(wěn)定且容易由于碰撞等因素使得電路出現問題，因此 盡量少用洞洞板和飛線直接焊接，而使用較為穩(wěn)定的集成的 PCB 模塊。 這種方法可以檢測出電機和驅動模塊出現的問題。 實際測試 各模塊都調試通過 和軟件參數調整合適 之后，將各個模塊連接起來與硬件結合進行場地 實際測試 。但小車在 循跡遇到較為急的彎道 經過較長時間 和多次 的調整才能 循到路線 ， 因此 采用的算法 還有提升的空間 。本文主要的思路如下： （ 1）本設計使用模塊化的設計方法。 該智能玩具小車系統(tǒng)還存在需要改進的地方： （ 1）小車所行走的區(qū)域有可是一個固定的路線，因此可以在