【正文】 目中路徑和周圍場地黑白對比明顯，可用傳感器來感知前進軌跡。這種方案的缺點在于其他環(huán)境光源會對光敏二極管工作產(chǎn)生很大干擾，環(huán)境要求比較高。方案二：采用紅外線傳感器?？墒褂秒p排反射式紅外線傳感器控制，達到更高的控制精度。本系統(tǒng)采用雙排傳感器作為尋線系統(tǒng)的信號采集，目前，大多數(shù)智能車采用單排傳感器的道路檢測方式，這種方式獲得的道路信息少，對智能車的狀態(tài)和道路的狀況都不能很好地區(qū)別，造成控制上的麻煩。　　比賽的車?？蛇x用攝像頭或傳感器的方式進行道路信息檢測，我們的車模采用的是雙排紅外的循跡方式，采用大前瞻雙排傳感器可以得到更多的賽道信息，更早地采取策略處理，形成更好的行車軌跡?！　】梢栽谥钡乐袑崿F(xiàn)穩(wěn)定控制，加速順暢的能力；在S彎中以小曲線的方式前進，減少行進路線和舵機調整次數(shù)。尤其是在轉彎方面，通過前后排共同對彎道的預測，達到延伸物理識別距離的能力，從而做出提前的動作，減少由于檢測距離近而帶來的負面影響，達到上述效果。圖11 傳感器陣列布局布局方式說明：前排傳感器伸出距離較遠，小車中心偏離黑線后，會在前排傳感器上產(chǎn)生較大偏移量。利用前后排傳感器對小車偏移時不同的敏感度對小車進行控制。角，使前排的前瞻距離更大，更能體現(xiàn)出前排的優(yōu)勢和特點。圖12 第一種直道情況在左轉大彎后，出彎時最可能出現(xiàn)的前后排傳感器檢測到黑線時的組合情況。彎、180176。提前得到出彎信息，舵機向左轉動較小角度，并在此時采取加速動作，起到彌補前瞻不足的作用。圖13 第二種直道情況此情況是對第一種情況的再確認，左轉大彎并經(jīng)過第一種情況后，再經(jīng)歷此種情況，可確認無誤前方為直道，繼續(xù)提升小車的加速能力。圖14 第三種直道情況此時采取直線穩(wěn)定控制。圖15 第四種直道情況與第二種情況類似，對第五種情況的再確認，右轉轉大彎并經(jīng)過第五種情況后，再經(jīng)歷此種情況，可確認無誤前方為直道，繼續(xù)提升小車的加速能力。圖16 第五種直道情況在右轉大彎后，出彎時最可能出現(xiàn)的前后排傳感器檢測到黑線時的組合情況。彎、180176。提前得到出彎信息，舵機向右轉動較小角度，并在此時采取加速動作，起到彌補前瞻不足的作用。直道識別，程序輔助確認：進入彎道后，隨著小車的行進，會發(fā)生振蕩，致使出彎時不一定滿足上述5種情況。兩者同時起作用，滿足第一種后經(jīng)過最多15ms確認是直道。采用定時中斷(15ms)的方式，對前排中間3個傳感器(編號為5)使用3個計數(shù)器分別計數(shù)，每次執(zhí)行程序若是其中一個檢測到黑線，相對應的計數(shù)器加1。我們設定計數(shù)的最大值，若在15ms內(nèi)達到所要求的計數(shù)值，就認為是直道，切換直道程序并將計數(shù)器清零；若15ms內(nèi)沒有達到所要求的計數(shù)值，計數(shù)器清零，重新計數(shù)。我們只要判斷2~。當然也可以采用更嚴格的方法來判斷，只需調整定時中斷的時間和計數(shù)值即可。直線穩(wěn)定控制策略：小車出彎后，由于舵機的反應不靈敏，智能車會發(fā)生振蕩，隨后才能達到穩(wěn)定，為了盡早減小振蕩，采用如下方式控制小車出彎后的動作：在彎道策略中設置標志位，進入直線程序后，識別標志位，對控制舵機轉向的公式采取修正設置。KK2分別為前后排傳感器的加權比例值。同時，根據(jù)前后排不同傳感器的組合，給出不同的轉角策略(在程序中以列表的方式體現(xiàn))，近一步提高直線的穩(wěn)定控制能力。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉向都隨著改變，所以GM系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。且技術落后，因此擱置不用。簡稱VM系統(tǒng)：VM系統(tǒng)是當今直流調速系統(tǒng)的主要形式。VM系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設備。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。由于電流波形比VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。（3）由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調制式變換器，簡稱PWM變換器。為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設計采用了可逆PWM變換器。我們在設計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4各續(xù)流二極管組成的橋式電路。具體電路同圖17所示。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（），精度根據(jù)電動車控制的需要確定。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。由此可見，測距輪每轉一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機中。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進或后退）。測速原理：將光柵安裝在電機軸上，當電機轉動時，光柵也隨之轉動，同時安裝在光柵一側的紅外發(fā)光二極管點亮，在光柵的另一側設有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。將該信號傳輸?shù)絇IC16F877A單片機的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預先實測的數(shù)據(jù)換算關系即可計算出小車的行車速度。方案一：采用舵機和直流電機分別控制小車轉向和驅動。方案二：小車采用雙電機實現(xiàn)驅動和轉向。首先在小車的后方安裝一萬向輪，兩側為雙動力電機?；谏鲜龇治觯捎昧朔桨敢?。方案二：采用10節(jié)可充電式鎳氫電池組共12V給直流電機供電，經(jīng)7805電壓轉換為單片機、紅外線傳感器等額定電壓為5V器件供電。上述論證可知，電池組可保持系統(tǒng)穩(wěn)定，選取方案二。第二章 硬件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 電源電路的設計本系統(tǒng)所有芯片都需要+5V的工作電壓，而一節(jié)電池只能提供的電壓為1．2V的倍數(shù)的電壓，10節(jié)電池電壓為12V，則需要7805穩(wěn)壓芯片。雖然微處理器和微控制器不需要支持電路，功耗也很低，但必須要加以考慮。圖21為12V電壓經(jīng)7805穩(wěn)壓后得到5V電壓的穩(wěn)壓電路。 ST系列反射式光電傳感器是經(jīng)常使用的傳感器。我們采用ST168作為小車傳感器。這樣我們就可以據(jù)此判斷電機的速度和方向了，但是它需要的傳感器較多，使用較復雜，而小車的空間很緊張，并且對方向要求不高，所以在小車上使用不多，我們采用手工制作的碼盤。只要對這個脈沖信號計數(shù)，就可以得到小車車輪的轉速。在避障的測試中，室內(nèi)無障礙的情況下，發(fā)射管發(fā)射的紅外線沒有反射到接收管，有白色障礙物情況下，接收管接受到發(fā)射管發(fā)射的紅外線，電阻發(fā)生變化，所分得的電壓也就隨之發(fā)生變化，避障的測試基本滿足要求。根據(jù)實際的情況和要求，由于伺服電機在市面上很難買到，價格過于昂貴，直流電機雖說價格低易于購買，但我們須增加減速機構，而直流減速電機省去了設計復雜減速機構的麻煩，且輸出力矩大，雖說須設計速度反饋電路，但速度反饋比較易于設計，所以我們選擇直流減速電機，電機的控制部分采用直流H橋集成功放電路，直流H橋功放電路是用于控制直流電機雙向運動的基本電路，該電路使電機在單電源供電下可以雙向運轉。為使電機順時針轉，應接通三極管A和D，對電機而言，其電壓右負左正，通過改變不同的三極管導通狀況，可改變電機兩端電壓，達到反轉目的。L298N是內(nèi)部集成了兩個H橋的電機驅動芯片，圖23所示為邏輯電平與電機轉動情況表，圖25所示電路為用L298N設計的電機驅動電路。IN1和IN2接單片機的兩個引腳，當單片機兩引腳輸出不同的電平時，電機有不同的動作，其關系如表一所示。運算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值，當輸入電壓極性改變時，輸出電壓就在正、負飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉換作用。一個輸入信號是鋸齒波調制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調制信號相減，從而在運算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調制輸出電壓。改變控制電壓的大小，則調節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度，從而調節(jié)電動機的轉速。利用PIC16F877A的I/O口資源，CCP模塊產(chǎn)生380Hz的PWM波，通過調節(jié)PWM的占空比來實現(xiàn)電機轉速的調整。其原理圖如圖26所示。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，~。 ； ； ；圖27 舵機控制原理圖其控制原理如圖27所示，由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器，轉動范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅動當中。正是因為舵機的控制信號是一個脈寬調制信號，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進行接口。本系統(tǒng)利用單片機產(chǎn)生舵機的控制信號來進行控制。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。所謂“模塊”，實質上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序﹑定時子程序、避障子程序﹑中斷子程序﹑顯示子程序﹑調速子程序﹑算法子程序構成。本系統(tǒng)可分為以下幾個模塊：(1) 小車避障程序；(2) 小車巡線程序；(3) 舵機控制程序；(4) 電機控制程序；(5) 速度檢測程序；(6) PWM調速程序； （小車系統(tǒng)模塊示意圖見附錄一，小車程序清單見附錄三） 軟件抗干擾技術提高玩具車智能控制的可靠性，僅靠硬件抗干擾是不夠的，需要進一步借助于軟件抗干擾技術來克服某些干擾。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術是數(shù)字濾波技術、開關量的軟件抗干擾技術、指令冗余技術、軟件陷阱技術等。為了進行準確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。后者為隨機信號，它不是周期信號。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比 ，有以下幾個優(yōu)點：（1）數(shù)字濾波是用程序實現(xiàn)的，不需要增加硬設備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。（3）數(shù)字濾波可以對頻率很低的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。 開關量的軟件抗干擾技術干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一點，我們在采集某一開關量信號時，可多次重復采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結果完全一致方為有效。如果開關量信號超過8個，可按8個一組進行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。輸出設備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相對較大。輸出設備和慣性（響應速度）與干擾的耐受能力也有很大關系。慣性小的輸出設備（如通行口、顯示設備）耐受能力就小一些。只要有可能，其重復周期盡可能短些。另外，各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和CPU安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號，對于重要的輸出設備，最好建立檢測通道，CPU可以檢測通道來確定輸出結果的正確性。當程序彈飛到某一字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機會就更大。指令冗余無疑會降低系統(tǒng)的效率，但在絕大多數(shù)情況下，CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度，故這種方法還是被廣泛采用。在某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入兩條NOP指令，以保證正確執(zhí)行。 軟件陷阱技術指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。所謂軟件陷阱，就是一套引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。 (2)未使用的大片ROM空間 (3)表格 (4)程序區(qū)由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序執(zhí)行效率，在當前EPROM容量不成問題的條件下，還是多多益善。測試方法①數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導通狀態(tài)等參數(shù)；②信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸；③直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；④秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務書的基本要求對制成的電動車進行產(chǎn)品測試；⑤軟件仿真測試各模塊程序。理論上的誤差不到1秒/年。電機軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。 系統(tǒng)實現(xiàn)功能測試系統(tǒng)主要實現(xiàn)在障礙物行進，黑線巡線前進，行進速度顯示，調速系統(tǒng)。 整車測試整車測試過程中，不斷進行調試和改裝。實驗測試結果滿足要求。在設計過程中，力求電路簡單，外形美觀，軟件方面，力求穩(wěn)定卡可靠。 致 謝歷時兩個月的科技創(chuàng)新設計已經(jīng)告一段落。在這段時間里，夏老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩，他的指導使我受益非淺。通過這次科技創(chuàng)新設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學學習成果。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。由于自身水平有限，設計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。W工作暫存TEMPB_F EQU 21H 。巡線后排傳感器數(shù)據(jù)TEMP_MOTO EQU 23H 。串口通信數(shù)據(jù)暫存TEMP_T0CT EQU 25H 。避障模式速度數(shù)據(jù)計數(shù)CT_KEYB EQU 27H 。TMR0計數(shù)位拓展（LED數(shù)據(jù)）CT_MAINB EQU 2AH 。避障模式速度數(shù)據(jù)DATA_SPDB EQU 2CH 。前進運行2個前探物傳感器數(shù)據(jù)DATA_F3 EQU 2EH 。后退運行3個后防撞傳感器數(shù)據(jù)CTER_TMR1 EQU 30H 。避障模式主數(shù)據(jù)MAINBDATA EQU