【正文】 小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可以近似看為白色。本設(shè)計采用簡單易用，應(yīng)用也較為普遍的紅外探測法。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線遇到白色地面時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號。ST 系列集成紅外探測頭價格便宜。簡便易用，性能可靠。且安裝電路簡單。圖 37 ST168 檢測電路正確選擇檢測方法和傳感器是決定循跡效果的重要因素，而正確的器件安裝方法也是影響循跡電路好壞的一個重要因素。方便。具體位置分布如圖 38 所示。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送 80C51 單片機處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。超聲波檢測的原理是：超聲波發(fā)生器 T 發(fā)出超聲波信號，當(dāng)這個信號遇到障礙物時反射回來，被接收器 R 收到。小車則可以根據(jù)接收到的信號做出相應(yīng)的避障反應(yīng)。 圖 39 超聲波發(fā)射電路 圖 310 超聲波接收電路設(shè)計中還加了一個聲光報警功能，當(dāng)小車檢測到障礙物時，小車的報警系統(tǒng)中的蜂鳴器鳴叫，同時指示 LED 發(fā)光。超聲波傳感器簡介：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波） 。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低， ，一般為幾十 KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI 型） 。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等[15]。 光源檢測電路光敏電路如圖 311 所示。這里采用多個光敏陣列管。按照一定的方式排列。本設(shè)計采用六個光敏管組成，為了使得一個光敏管只對一個小的角度內(nèi)的強光遠(yuǎn)敏感，考慮在光敏感外面加一個遮光罩?？紤]到提高小車的光源搜索效率，將光敏陣列安裝在小車的頂部，靠車頭的位置。光電碼盤是一種光電器件。這里采用增量式。其計數(shù)原理如圖 313 所示。而我們使用的是經(jīng)改進的光電碼盤，如圖314碼盤中的透射式光電開關(guān)的發(fā)射管和接收管經(jīng)過了對準(zhǔn)，當(dāng)光槽中無障礙時光路是通的，當(dāng)有障礙物時光路斷開。只要對這個脈沖信號計數(shù)，就可以得到小車的行程。車輪每轉(zhuǎn)動一圈，可以檢測到十二個信號。其優(yōu)點是工作穩(wěn)定，測量結(jié)果精度高。小車一周內(nèi)可計數(shù)12次，,因此可計算出行程的測量精度可以達(dá)到1cm，可以達(dá)到小車的精度要求。圖314 碼盤 液晶顯示電路這里使用1602液晶顯示器。 15腳 背 光 正 極 ， 16腳 背 光 負(fù) 極4 軟件設(shè)計 系統(tǒng)控制流程 圖41 控制系統(tǒng)的流程圖 算法設(shè)計 循跡算法設(shè)計循跡控制算法的流程如42所示。為不漏掉狀態(tài)，我們先考慮了四個傳感器的所有十六種狀態(tài)，剛好可以用四位二進制數(shù)來表示。當(dāng)小車從中間逐漸往左偏離軌道黑線時，即黑線在小車右邊，對應(yīng)的狀態(tài)有1000、1100、111101。當(dāng)小車往右偏離時，對應(yīng)的狀態(tài)有0000010111011。還有最后一種狀態(tài)就是四個傳感器都檢測不到黑線，此時說明小車已行駛到中點，或者可能完全脫離了軌到，說明此次循跡失敗，停車。實踐證明這種算法可以實現(xiàn)小車靈敏的轉(zhuǎn)彎?？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)彎時撞上障礙物，設(shè)計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。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)實際情況，調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度可以達(dá)到較好的避障效果。與開環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性與開環(huán)系統(tǒng)機械特性相比，其性能大大提高；理想空載轉(zhuǎn)速相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時電機轉(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，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。圖43 電機速度控制 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動控制中。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)。數(shù)字PID控制算法如圖44所示.圖44 PID控制算法的簡化示意圖， ……式（41）或者 ……式（42） 式中u 0—控制量的基值，即k=0時的控制；u（k）—第k個采樣時刻的控制； KP——比例放大系數(shù)； KI——積分放大系數(shù)；　 。TS——采樣周期5 調(diào)試 調(diào)試方法由于本次實驗需要捍接的電路模塊較多，特別是直流電機驅(qū)動模塊，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，小車運轉(zhuǎn)正常。所以考慮采用電池供電。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)定地給單片機送正確值的情況。在前輪PWM驅(qū)動轉(zhuǎn)向電路運行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機只給一個轉(zhuǎn)向力，但保持長期轉(zhuǎn)向時，電機的轉(zhuǎn)動由于受到強行制動而處于一種相對靜止的狀態(tài)，導(dǎo)致PWM驅(qū)動電路產(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)動狀態(tài)，又在硬件上，在PWM驅(qū)動板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會燒壞 PWM驅(qū)動電路。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)考慮后加了一個看門狗，可以很好的遏制程序跑飛的情況。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進行。每組分別測試了三次。根據(jù)測試結(jié)果，可以看出小車循跡避障功能基本實現(xiàn)。但避障結(jié)果并不是很理想。本設(shè)計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。在實際調(diào)試過程中小車發(fā)生過程序跑飛的情況，經(jīng)調(diào)整改進程序后，小車運行狀態(tài)穩(wěn)定。并避開障礙物。6 結(jié)論與展望本系統(tǒng)以設(shè)計采用AT89S52單片機為控制核心，根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)結(jié)合 PID控制算法實現(xiàn)對電動車的智能控制。具有自動尋跡和尋光功能。實際測試效果較好。致 謝！參考文獻(xiàn)[1] Zvi Lanechange maneuvers of autonomous vehicles[J].ASME Journal of DynamicsSystems,Measurement and . [2] [M]. 北京:清華大學(xué)出版社,. [3] 卓晴,黃開勝,邵貝貝.[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,. [4] [M]. 電子工業(yè)出版社,.[5] [M]. 機械工業(yè)出版社,.[6] [M].高等教育出版社. .[7] [J]. 電子工業(yè)出版社,.[8] [M]. 化學(xué)工業(yè)出版社,.[9] [M].浙江大學(xué)出版社,2022[10] [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社 ,1995.[11] [M].人民郵電出版社,.[12] [M]. 機械工業(yè)出版社，2022．[13] [M].北京航空航天大學(xué)出版社,.[14] , DXP電路設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社,.[15] [J].東北大學(xué)出版社,.[16] 李廣弟,[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社,.[17] 99入門與提高 [M]人民郵電出版社,[18] [M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,附 錄include define char unsigned chardefine hint unsigned ftpsuit P1_0=P1^0。suit P1_2=P1^2。suit P1_4=P1^4。char a,b,c。time0。}void delay_ms(uint time) //毫秒延時{ for(。time)delay_us(1000)。P0=0x00。EA=1。IT1=0。EX1=1。delay_us(800)。delay_us(2400)。TH0=16000/256。ET0=0。}void forword() //前進{P1_1=1。P1_3=1。}void back() //后退{(lán)P1_1=0。P1_3=0。}void left() //原地左轉(zhuǎn){P1_1=0。P1_3=1。}void right() //原地右//轉(zhuǎn){P1_1=1。P1_3=0。}void stop() //剎車{P1_0=0。TH0=16000/256。TR0=1。 ex0_init()。 while(1) {switch(P0amp。 pulse()。case 0x1:case 0x3:case 0x7:case 0xb: {left()。} break。 pulse()。default: {back()。b0。} }}}void ex0() interrupt 0 using 0{ EA=0。for(c=25。c){ back()。}for(b=35。b){ left()。}for(a=35。b){forword()。}P1_5=1