【正文】 design. Generally consists mainly of path recognition, speed acquisition, angle control and speed control module. The simple dynamoelectric intelligence car of this design adopts the STC89C52 MCU as the examination and control core of the car, make full use of the automatic detection technology, MCU smallest system, LCD module circuit, the control of signal, and the motor drive circuit. Through the simulation Keil C and PROTEUS, practice and debugging, finally realize the car tracing, automatic roundtrip and obstacle avoidance, and other functions. Comprehensive use of microcontroller technology, automatic control theory, the detection technology, etc. That car in unattended operation circumstance, using sensor identify road environment. Travel by singlechip microputer control, realize the preliminary unmanned control. MCU has advantages for its small volume, light weight, less consumption, powerful functions, flexible operations and low in price. The application of MCU is fundamentally changing the traditional control system design ideas and design method. This design adopts MCU as controller core, attached to peripheral circuit, use reflective photoelectric detector tracing operation, using photoelectric sensor detection road barriers, using MCU39。在飛行后的 29分 53秒時，星箭分離，衛(wèi)星進入軌道。 隨著 自動化的發(fā)展， 自動化開始向復雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應用到國防、科學研究和經(jīng)濟等各個領域，實現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調度系統(tǒng)、國 家電力網(wǎng)自動調度系統(tǒng)、 空中交通管制系統(tǒng) 、城市交通控制系統(tǒng)、自動化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟管理系統(tǒng)等。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領域得到應用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質勘探等方面取得顯著效果。 智能小車，也稱輪式機器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋智能控制、模式識別、傳感技術、電子電氣、計算機、機械 等多學科的科技創(chuàng)意性設計，更是自動化的一種綜合體現(xiàn)。近些年來 全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究 ， 可見其研究意義很大 ，也正因此掀起了智能車研究的一股熱潮 [1]。在危險環(huán)境下，機器人非常適合使用。而 機器人可以進入或穿過這些危險區(qū)域進行維護和探測工作，且不需要得到像對人一樣的保護。 機器人的應用 正逐步滲入到工業(yè)和社會的各個層面 ，如 采用帶有專用新型傳感器的移動式機器人，連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，以便及早發(fā)現(xiàn)事故突發(fā)的先兆，采取 相應的預防措施； 智能輪椅 運用 口令識別與語音合成、機器人自 定位、動態(tài)隨機避障、多傳感器信息融合、實時自適應導航控制等功能， 運用 了 現(xiàn)代高新技術來改善殘障人 們 的生活質量和生活自由度 。智能車輛駕駛任務的自動完成將給人類社會的進步帶來巨大的影響，例如能切實提高道路網(wǎng)絡的利用率、降低車輛的燃油消耗量，尤其是在改進道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。人類在認識自然、改造自然、推動社會進步的過程中，不斷地創(chuàng)造出各種各樣為人類服務的工具，其中許多具有劃時代的意義。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進一 步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。 國內外文獻綜述 智能車輛的研究始于 20世紀 50年代初，美國 Barrett Electronics公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導車輛系統(tǒng) (Automated Guided Vehicle System， AGVS)。由于 Kalmar工廠采用 AGVS獲得了明顯的經(jīng)濟效益，許多西歐國家紛紛效仿 Volvo公司，并逐步使 AGVS在裝配作業(yè)中成為一種流行的運輸手段。 德意志聯(lián)邦大學已經(jīng)研發(fā)出多輛智能原型車輛。使用機器視覺來保證橫向和 縱向的車輛控制。這兩種車輛都配備 UBM視覺系統(tǒng)。 美國俄亥俄州立大學智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車輛，配備不同的傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯誤檢測技術：基于視覺的系 統(tǒng)；雷達系統(tǒng) (檢測與車道的橫向位置 )；激光掃描測距器 (障礙物檢測 )；其他傳感器，如側向雷達、轉向陀螺儀。利用一臺安裝在后視鏡處的 CCD攝像機，位置要盡可能高，車道檢測系統(tǒng)可以處理這樣的單幅灰度圖像。前幾幀檢測的車道標志線數(shù)據(jù)也用來決定下一步興趣熱點區(qū)域，以簡化圖像處理。如果檢測到左右車道標志線，就可以利用左右標志線來估計車道中心線；否則也可以利用估計的車道寬度及相關可視標志來估算中心線 [2]。 20世紀 90年代以來，課題組開展的組態(tài)式柔性制造單元及圖像識別自動引導車的研究對我國獨立自主開發(fā)一種新型自動引導車輛系統(tǒng)，從而為我國生產(chǎn)組織模式向柔性或半柔性生產(chǎn)組織轉化提供了有意義的技術支撐和關鍵設備。汽車自主駕駛技術是集模 式識別、智能控制、計算機科學和汽車操縱動力等多門學科于一體的綜合性技術，汽車自主駕駛功能水平的高低常被用來作為衡量一個國家控制技術水平的重要標準之一。 論文研究內容 本課題主要開發(fā)一個基于路徑處理的的智能小車控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，我們可以給小車給定一條軌跡，使其按預定路徑行始。本文主要有以下內容： ，本文首要介紹了與智能小車相關的機器人、智能車輛的發(fā)展歷史、國內外研究 現(xiàn)狀。 詳細介紹智能小車硬件電路的設計與實現(xiàn)。 。 。 ，對小車進行調試。 小車構架方案論證 小車行走機構的方案分析與選擇： 方案一 ： 履帶式行走機構：運行平穩(wěn)、可靠，走直線效果很好；但結構相對復雜、移 動速度較慢，轉彎過程的控制性能較差。 方案三 ： 兩輪式行走機構：結構簡單、運動平穩(wěn)、移動速度快、轉彎性能好，且易于控制，適用于小功率的行走驅動。 通過以 上四種方案的優(yōu)缺點 ，方案三與方案四可具有較大的可行性，但四輪式行走機構需要四個電機，控制算法相對復雜，且需要很大的驅動電流，對硬件要求較高，而兩輪式能滿足此設計要求，且結構簡單，算法方便，要求驅動電流小，硬件結構簡單。 電機選擇方案論證 電動機選擇方案與分析： 方案一 ： 采用步進電機： 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件 。 使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單 。 方案二 ： 采用直流電機： 采用直流減速電機， 直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便， 過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)無級快速啟動、制動和反轉；能滿足各種不同的特殊運行要求。 通過以上兩種方案的比較，兩種方案均具有較大的可行性，但步進電機并不能象普通的直流電機、交流電機在常規(guī)下使用 。 步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高的轉速時會急劇下降，其轉速較低時不適于小車等對速 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 度有一定要求的系統(tǒng)。 電機驅動方案論證 小車運行過程中要求電動機的轉速在一定范圍內調節(jié) ,調速范圍根據(jù)負載的要求而定。此時的轉速公式 (22)為 ： ? ????? C eR tjRIUn ??? (22) 在實際電路設計中，改變電機的磁通 ? 或調節(jié)樞回路中串聯(lián)調節(jié)電阻 Rtj并不方便、實用。 下面是通過調節(jié)電機兩端電壓達到調速目的的三種方案： 方案一： 采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調整電動機的分壓，從而達到調速的目的。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會降低效率且實現(xiàn)困難。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢、機械結構易損壞，壽命較 短、可靠性不高。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài) ,精確調整電動機轉速。 H型電路保證了可以簡單的實現(xiàn)轉速和方向的控制。 L298為 SGSTHOMSON Microelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅動芯片 (Dual FullBridge Driver) ，可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機?？梢灾? 哈爾濱理工大學學士學位論文 6 接通過電源來調節(jié)輸出電壓，可以直接用單片機的 IO口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。這種方法便于與單片機等數(shù)字系統(tǒng)接口，實現(xiàn)方便，而前兩種方法必須要配合一定的外圍模擬電路才能達到單片機控制目的，基于以上分析 , 在電動機驅動模塊上擬選定采用 PWM脈寬調制方法。 供電電源方案 論證 供電電源方案的選擇與分析： 方案一： 采用兩個電源供電，將電動機驅動電源與單片機以及其周圍電路電源完全隔離，利用光電 耦合器傳輸信號。 方案二： 采用單一電源供電。因 電動機啟動瞬間電流很大，而且 PWM 驅動的電動機電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn) 、有毛刺等干擾，可采用將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其它芯片供電。 基于以上的分析， 兩種方案均具有可行性，但方案一使用兩個電源，增加了小 車的重量與體積， 增大 了小車的慣性，雖然具有較大的優(yōu)勢，但綜合考慮，符合設計要求的情況下，選擇方案二做為小車的供電電源。 用可見發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射－接收分立對管光電傳感器。雖然采取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。 方案二 ： 采用反射式紅外光電傳感器， 利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收。 本方案也易于實現(xiàn)，比較可靠 [4]。 避障方案論證 避障方案的選擇與分析： 方案一： 脈沖調制的反射式紅外線 接受器。如果采用占空比小的調制信號，再平均電流不變的情況下，順勢電流很大（ 50~100mA），則大大提高了信噪比。它的優(yōu)點是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度。市場上很多紅外光電探頭也是基于這個原理。 通過以上兩種方案的比較，兩種方案均可行，但第二種方案超聲波傳感器價格比格昂 貴，所以與方案一相比，在要求不是很嚴格的情況下，方案一具有更大的選擇性。 方案二： 采用 NRF24L01 成品收發(fā)模塊。 方案三： 使用紅外線進行遙控，采用常用 的紅外遙控器進行紅外信號的發(fā)射，用 一體化紅外接收頭 1838 芯 進行信號的接收，使用軟件進行紅外信號的解碼，以此來識別按鍵，控制小車的行動 [6]。方案二采用成品的收發(fā)模塊，體積小，性能穩(wěn)定，可使用范圍最高可達 200m 左右，市場價格較低。經(jīng)過以上三種方案的比較，決定采用方案三做為小車的無線遙控方案。選擇一片數(shù)據(jù)處理能力強大、片內資源豐富的單片機，對設計各功能的更好實現(xiàn)具有極大意義。若不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展。 控制系統(tǒng)是 機械運行的核心，同樣，在本次智能車的設計，為了實現(xiàn)小車的初步智能化，一個良好與否的控制芯片關系到最終的成敗，而控制類的芯片多種多樣，下面就以下兩種進行選擇與分析： 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 方案一： 采用 AT89C51 芯片， 具有體積小、可靠性高、功耗低、結構簡單、運算速度快等優(yōu)點，同時被列入教科書已進行系統(tǒng)的學習與分析，是最早比較了解的芯片。其 片內 8k ROM， 256x8bit 內部 RAM， 3 個16 位可編程定時 /計數(shù)器 ， 6 個中斷源 ， 4 層優(yōu)先級中斷結構 [7]。 本章 小 結 本章主要介紹智能小汽車的設計思想與主要功能傳感器的選擇，分別介紹了小車本體的選擇方案，電動機的選擇策略，電動機驅動芯片的 選擇方案，尋跡、避障傳感器以及無線遙控方案的選擇，并且也講述了如何供電電源的分配情況。 本次設計僅為智能自動化的初步研究，以展現(xiàn)基本自動化原理為主，具有很高的科學研究價值，在醫(yī)療器械、考古、軍事、智能玩具以及機器人等方面都留有很大的研究與發(fā)展空間，相信會給更多的人提供一個研究智能電子產(chǎn)品的平臺。隨著社會不斷地發(fā)展，在未來的日