【導(dǎo)讀】研究目的和意義·····································································4. 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證·····························································5

　　

【正文】 左轉(zhuǎn)。 還有最后一種狀態(tài)就是四個(gè)傳感器都檢測不到黑線，此時(shí)說明小車已行駛到中點(diǎn)，或者可能完全脫離了軌到，說明此次循跡失敗，停車。 在實(shí)際行駛過程中，由于軌道設(shè)計(jì)了很多銳角，鈍角，小車需要轉(zhuǎn)彎的角度較大，為防止轉(zhuǎn)彎過程中小車擺動(dòng)角度過大而沖出軌道，導(dǎo)致小車無法返回，先讓小車后退，再執(zhí)行轉(zhuǎn)彎。實(shí)踐證明這種算法可以實(shí)現(xiàn)小車靈敏的轉(zhuǎn)彎。 避障的問題可以很復(fù)雜，為了簡化設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試，宜使用一種比較簡單的解決方法?？紤]到小車的速度和能檢測到障礙物的距離，為避免 小車轉(zhuǎn)彎時(shí)撞上障礙物，設(shè)計(jì)小車檢測到障礙物后先后退，然后左轉(zhuǎn)，再次檢測障礙物，繼續(xù)調(diào)整，直至繞過障礙物。 這個(gè)避障的程序不能保證對所有的障礙物布局情況都能順利的避障，但對大多數(shù)的情況確實(shí)能有效地進(jìn)行避障。障礙物的檢測距離和小車的轉(zhuǎn)彎半徑對避障的效果有較大的影響，根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度可以達(dá)到較好的避障效果。 29 測速算法設(shè)計(jì) 對無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制既可采用開環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。與開環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比，其性能大大提高； 理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多；當(dāng)要求的靜差率相同時(shí)，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。無刷直流電機(jī)的速度控制方案如圖 43所示。 圖 43 電機(jī)速度控制 PID 控制算法 PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛用于過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。數(shù)字 PID控制算法是將模擬 PID離散化得到，各參數(shù)有著明顯的物理意義，調(diào)整方便，所以 PID控制器很受工程技術(shù)人員的喜愛。 PID控制器各控制環(huán)節(jié)的作用是這 樣的，比例控制 (P控制 )即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，積分控制 (I控制 )主要用于消除靜差，微分控制 (D控制 )反應(yīng)偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )。比例控制是對現(xiàn)在誤差的一種校正，積分控制是對過去誤差的校正，而微分控制是對將來可能的誤差的校正。數(shù)字 PID控制算法如圖 44所示 . 30 圖 44 PID控制算法的簡化示意圖 ， …… 式（ 41） 或者 …… 式（ 42） 式中 u0— 控制量的基值，即 k=0時(shí)的控制； u（ k） — 第 k個(gè)采樣時(shí)刻的控制； KP—— 比例放大系數(shù)； KI—— 積分放大系數(shù)； 。 KD—— 微分放大系數(shù)； TS—— 采樣周期； 。 5 調(diào)試 調(diào)試方法 31 由于本次實(shí)驗(yàn)需要捍接的電路模塊較多，特別是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，對于電源電流的需要極大，我們先以直插式１２Ｖ電源開始調(diào)試，小車運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 但直插式電源對于運(yùn)動(dòng)的小車是個(gè)很大的束縛，極為不方便。所以考慮采用電池供電。市面上常用的有干電池和蓄電池。由于小車相當(dāng)耗電，９Ｖ的干電池用不了多久，就會出現(xiàn)開關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值的情況。只有當(dāng)更換新電池或小車剛剛啟動(dòng)時(shí)才會很準(zhǔn)確，經(jīng)過思考，這都是開關(guān)組件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振 ，于是我們可充電的蓄電池給小車供電，選擇合適的蓄電池可以很好的滿足小車耗電量大的情況。 在前輪 PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電路運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機(jī)只給一個(gè)轉(zhuǎn)向力，但保持長期轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由于受到強(qiáng)行制動(dòng)而處于一種相對靜止的狀態(tài)，導(dǎo)致 PWM驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生大量的熱量，我們既利用軟件使其盡量減少長期單向轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，又在硬件上，在 PWM驅(qū)動(dòng)板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會燒壞 PWM驅(qū)動(dòng)電路。 在安裝上避障用光電開關(guān)之后，其與其它所有開關(guān)組件共享同一電源，在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)三個(gè)用于尋跡用的開關(guān)組件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障 用光電開關(guān)處接線不牢固，重新接線后工作正常。 在電源開啟后，小車循跡過程中會出現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)的情況。經(jīng)分析是由于軟件跑飛。經(jīng)考慮后加了一個(gè)看門狗，可以很好的遏制程序跑飛的情況。 測試結(jié)果與分析 本次進(jìn)行了兩次調(diào)試。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進(jìn)行。不同的是第一次軌道上沒有設(shè)置障礙物，第二次放置了幾個(gè)紙箱作為障礙物。每組分別測試了三次。 32 測試儀器： 12V直流電源 秒表 測試記錄數(shù)據(jù)如下表 51和 52. 表 51 速度測試 次數(shù) 路面狀況 平紙板 水泥地面 有較大褶皺的紙板 1 2 中途因底盤低而停止 3 表 52 循跡避障測試 次數(shù) 項(xiàng)目 完成時(shí)間（ s） 行駛過程中脫離軌道次數(shù) 躲避障礙物時(shí)碰撞次數(shù) 1 49 3 1 2 45 0 1 3 42 0 0 *注：小車在因速度過快而脫離軌道后仍能自行返回原軌道，無須人為搬回。 33 根據(jù)測試結(jié)果，可以看出小車循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，小車能很好的完成循跡，即使循跡軌道發(fā)生改變也不影響。但避障結(jié)果并不是很理想。小車在檢測 到障礙物后要經(jīng)過較長時(shí)間的調(diào)整才能避開障礙物，這是由于采用的算法不夠理想。本設(shè)計(jì)采用的算法只適用于一般情況，特殊一些的情況就可能出現(xiàn)避障失敗。這也是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)缺陷。在實(shí)際調(diào)試過程中小車發(fā)生過程序跑飛的情況，經(jīng)調(diào)整改進(jìn)程序后，小車運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。能很好的完成沿黑色軌道前進(jìn)，改變軌道的形狀及轉(zhuǎn) 彎角度，小車仍可以完成循跡任務(wù)。并避開障礙物。液晶顯示速度正常。 34 結(jié)論與展望 本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)采用 AT89S52單片機(jī)為控制核心，根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)結(jié)合 PID控制算法實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的智能控制。利用反射式光 電傳感器檢測黑線實(shí)現(xiàn)小車循線，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動(dòng)小車的自動(dòng)避障，光電碼盤實(shí)現(xiàn)小車的速度檢測，并通過液晶顯示。具有自動(dòng)尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能高。實(shí)際測試效果較好。很好的滿足了題目的要求，并在題目的要求基礎(chǔ)上有一定發(fā)揮，增加了尋光和報(bào)警提示功能，以及增加速度檢測和顯示，使整個(gè)設(shè)計(jì)更人性化。 35 參考文獻(xiàn) 【 1】 Zvi Lanechange maneuvers of autonomous vehicles[J].ASME Journal of DynamicsSystems,Measurement and . 【 2】 邵貝貝 .單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,. 【 3】 卓晴 , 黃 開勝 , 邵貝貝 .[M]. 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老師是一位嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，和藹可親的老師，對于我這么長時(shí)間的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)工作給予了很大的幫助。他幫助我確定自己的學(xué)習(xí)整體思路和方向，并且而后逐步引導(dǎo)，使得我畢業(yè)設(shè)計(jì)的每一步都顯得清晰有條理，對我的學(xué)習(xí)研究有很大的啟發(fā)。在此致以深深的謝意。 我 要感謝我大學(xué)期間所有的老師，是你們教給我知識和本領(lǐng)，讓我在三年的大學(xué)中收獲了很多。還要感謝我所有的同學(xué)們， 你們讓我的大學(xué)生活過的豐富多彩。 感謝 提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學(xué)，你們的支持和鼓勵(lì)使我們對這次的設(shè)計(jì)完成有了信心和動(dòng)力，也給了我很多無私的幫助和支持，我們在此深表謝意。 38 附 錄 include define char unsigned char define hint unsigned ftp suit P1_0=P1^0。 suit P1_1=P1^1。 suit P1_2=P1^2。 suit P1_3=P1^3。 suit P1_4=P1^4。 suit P1_5=P1^5。 char a,b,c。 void delay_us(uint time) //微秒延時(shí) {for(。time0。time)。} void delay_ms(uint time) //毫秒延時(shí) { for(。time0。time) delay_us(1000)。 } void port_init() //I/O口初始化 39 { P1=0x00。 P0=0x00。 } void ex0_init() //中斷初始化 { PX0=1。 EA=1。 IT0=0。 IT1=0。 EX0=1。 EX1=1。 } void pulse() //脈沖驅(qū)動(dòng) { P1_0=1。 delay_us(800)。 P1_0=0。 delay_us(2400)。 } 40 void int0_init() { TMOD=0x01。 TH0=16000/256。 TL0=16000%256。 ET0=0。 TR0=0。 } void forword() //前進(jìn) {P1_1=1。P1_2=0。P1_3=1。P1_4=0。} void back() //后退 {P1_1=0。P1_2=1。P1_3=0。P1_4=1。} void left() //原地左轉(zhuǎn) {P1_1=0。P1_2=0。P1_3=1。P1_4=0。} void right() //原地右 //轉(zhuǎn) {P1_1=1。P1_2=0。P1_3=0。P1_4=0。} void stop() //剎車 {P1_0=0。} 41 void ex1() interrupt 2 using 2{} void int0() interrupt 1 using 1 { TR0=0。 TH0=16000/256。 TL0=16000%256。 TR0=1。 } void main() { port_init()。 ex0_init()。 P1_5=1。 while(1) {switch(P0amp。0x0f) { case 0x9: {forword()。 pulse()。} break。 case 0x1: case 0x3: case 0x7: 42 case 0xb: {left()。 pulse()。} break。 case 0x8: case 0xc: case 0xe: case 0xd: {right()。 pulse()。} break。 default: {back()。 for(b=6。b0。b) pulse()。} } } } void ex0() interrupt 0 using 0 { EA=0。 P1_5=0。 for(c=25。c0。c) 43 { back()。 pulse()。} for(b=35。b0。b) { left()。 pulse()。 } for(a=35。b0。b) {forword()。 pulse()。 } P1_5=1。 EA=1。 }