基于光电传感器智能车系统的设计
基于光电传感器技术的智能车优化与改进
仪
表
第４ ０卷
基 于 光 电传 感 器 技 术 的 智 能 车 优 化 与 改 进
王 田 农 鄢 志 丹 杨 念 振 周 岳 王 宇 红
（ 中 国石 油 大 学 （ 华东 ） 信 息 与 控 制工 程 学 院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ）
块 负责 赛道信 息 的采 集 ； 激光 信 号 处理 电路 负 责
激 光管 的分 时发射 ； 红外 传感器 作 为辅助传 感 器 ，
主 要用 于起 跑 线 的识别 和 在坡 道 中辅 助 巡线 ； 电
光 电编码 器
Ｍ Ｃ ９ Ｓ １ ２ Ｘ Ｓ １ ２ ８ 最小 系统
电机
激 光信 号处理 电路
Ｊ ｃ ｈ ） ； 大学 生 创 新 创 业 训 练计 划 项 目资 助 （ ２ ０ １ ２ １ ０ ４ ２ ５ ０ ３ ４ ）
第 ｌ Ｏ期
王 田农 等 ． 基 于 光 电 传 感 器 技 术 的 智 能 车 优 化 与 改 进
１ ３ ０ ５
机 驱动 模块 实现 电机 的转 速和 正／ 反 转控 制 ； 光 电 编 码器 采集 智 能 车行 驶 的实 际 速 度 ， 以便 实 现速 度 的 闭环控 制 ； 摇 头 和转 向舵 机 分 别 用 于 负 责激
ＭＣ ９ Ｓ １ ２ ＸＳ １ ２ ８为 核 心 ， 配 以 必要 的 电 源 管理 、 激 光 传 感 器及 电机 驱 动 等 模 块 电路 ； 软件 设计重 点介绍 了 路 径 识 剐 原理 以及 两 个 随动 舵 机 的 控 制 算 法 和 速 度 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 策略 。 经 实 际 赛 道 整 机 调 试 证 实 ： 该 智 能
基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统
基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统宁慧英【摘要】在智能车自动寻迹系统中,自动寻线、避障及速度控制是智能车自动寻迹控制的基本功能.用于检测路径引导线的光电传感器阵列采用发光二极管和光敏电阻制作,检测车速和障碍物的功能则采用反射式红外光电传感器FS-359F实现,采用单片机STC12C5A60S2作为控制器,通过PWM控制方式对驱动电机进行调速,并根据路面和车速信息进行转向控制.试验表明,采用上述光电传感器的智能小车寻迹控制系统实现了智能小车沿路径引导线自动避障行驶.系统体积小、成本低、性能稳定可靠.%In automatic rail guided system for Intelligent smallcar,automatic rail guidance,obstacle avoidance and car speed detection are three fundamental functions. The photoelectricity sensors array for path rail detection were made by optodiodes and optoresisters. The function of detecting speed and obstacle was realized by reflective optoelectric sensors FS0359F. The MCU STC12C5A60S2 were used as central control unit, which output PWM signals to adjust the speed of driving motors and control the moving direction of small car by road environment and car speed information. The experiments show that the automatic rail guided control system has realized automatic moving control with rail guidance and obstacle avoiding for the intelligent small car. It is a system of low cost,small size and stable fuction.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P108-110)【关键词】智能车;光电传感器;自动寻迹控制【作者】宁慧英【作者单位】沈阳职业技术学院电气工程系,辽宁沈阳110045【正文语种】中文【中图分类】TP273.5;TP290 引言智能车又称轮式移动机器人，能够按预设模式在特定环境中自动移动，无需人工干预，可应用于科学勘探、现代物流等方面。
基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计
毕业设计（论文）基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计系别专业班级学号姓名指导教师基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计摘要介绍了一种自动寻迹智能车的设计,研究了采用红外反射式光电传感器作为路径采集模块实现自动寻迹的软硬件设计方法。
系统采用Freescale 16位单片机MC9S12DG128为核心控制器,利用12个红外光电传感器构成的光电传感器阵列采集路面信息,单片机获得传感器采集的路面信息和车速信息,经过分析后控制智能车的舵机转向,同时对直流电机进行调速,从而实现智能车沿给定的黑线快速平稳地行驶。
介绍了光电传感器的寻迹原理,讨论了光电传感器排列方法、布局等对寻迹结果的影响及速度和转向控制的PID算法的研究和参数整定。
关键字：光电传感器，寻迹，路径识别，PWM，PIDDesign of autonomous tracing smart car based on infrared sensorsAuthor:Xue ChangliangTutor:Gu DeyingAbstractA design of autonomous tracing system in intelligent vehicle is introduced. The software and hardware design method which realizes the autonomous tracing using the infrared Reflective photoelectric sensors as the path recognition module is researched. The system employs Freescale HCS series 16 bit single-chip microcomputer MC9SDG128 as its main controller and an array of photoelectric sensors for recognizing the path information. Single-chip Microcomputer energizes the PWM signal to steer and control the speed of the DC electric motor according to the analysis of the path and speed information from sensors. Consequently, this intelligent vehicle can track the black-guide-line automatically and move forward following the line quickly and smoothly. The autonomous tracing principle of photoelectric sensor is presented. The effects of sensor s’ array method, overall arrangement on the autonomous trace are discussed. And the use of PID algorithm in speed and steering control.Key words : photoelectric sensor ,autonomous tracing, path recognition, PWM,PID目录第1章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 国内外智能车的研究现状 (1)1.3 本文内容及结构安排 (3)第2章红外传感器的寻迹原理及布局对寻迹的影响 (4)2.1红外传感器寻迹原理 (4)2.2传感器布局对路径识别的影响 (6)2.2.1布局相关参数 (6)2.2.2一字型与八字型布局研究 (6)第3章智能车机械结构的调整 (9)3.1 赛车参数 (9)3.2舵机安装方式调整 (10)3.3 前轮定位 (10)3.3.1主销后倾角 (10)3.3.2主销内倾角 (11)3.3.3 前轮外倾角 (12)3.3.4前轮前束 (13)3.4重心位置 (13)3.5 齿轮传动间距调整 (14)3.6后轮差速机构调整 (14)第4章系统硬件设计 (15)4.1 S12控制核心 (16)4.2电源管理模块 (17)4.2.1 单片机稳压电源电路设计 (17)4.2.2 舵机电源模块设计 (19)4.3 电机驱动模块 (20)4.4速度检测模块 (23)4.5 路径识别模块 (25)第5章系统软件设计 (27)5.1 系统的模块化结构 (28)5.1.1 时钟初始化 (28)5.1.2 串口初始化 (28)5.1.3 AD初始化 (29)5.1.4 PWM初始化 (30)5.2 路径信息处理 (32)5.3 数字滤波算法 (33)5.4 小车控制算法 (35)5.4.1 PID算法 (37)5.4.2 舵机控制 (39)5.4.3 电机控制 (39)第6章系统调试 (40)6.1 开发调试工具 (40)6.2 无线调试模块 (42)6.3拨码开关调试 (42)6.4 试验结果分析 (42)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录 (47)附录A 硬件原理图 (47)附录B程序源代码 (49)附录C Sorting out PID controller differences (69)第1章绪论1.1 课题的研究背景汽车工业发展已有100多年的历史。
基于光电传感器的自动循迹小车设计
2010-2011 第二学期光电传感技术院系电子工程学院光电子技术系班级科技0803班姓名熊浩学号********班内序号10考核成绩基于光电传感器的自动循迹小车设计摘要新一代汽车研究与开发将集中表现在信息技术、微电子技术、计算机技术、智能自动化技术、人工智能技术、网络技术、通信技术在汽车上的应用。
智能汽车是是现代汽车发展的方向。
本系统采用光电传感器作为道路信息的采集传感器，单片机为控制系统的核心来处理信号和控制小车行驶。
MC9S12系列单片机在汽车电子控制领域得到广泛应用。
本论文是利用Freescale的MC9S12XS128微控制器对智能车系统进行设计。
智能车系统设计包括硬件电路和控制软件系统的设计。
关键字：智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID；引言自动循迹智能车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。
除了特殊潜在的军用价值外，还因其在公路交通运输中的应用前景受到很多国家的普遍关注。
近年来其智能化研究取得了很大进展，而其智能主要表现为对路径的自动识别和跟踪控制上。
路径跟踪问题的研究正吸引着国内外计算机视觉、车辆工程与控制领域学者们越来越多的注意，得出了很多有意义的成果。
这些方法可分为两类，即传统控制方法和智能控制方法。
传统控制方法多建立在精确数学模型基础上，而自动引导车系统具有复杂的动力学模型，是一个非线性、时延系统，由于各种不确定因素的存在，精确的数学模型难以获得，只能采用理想化模型来近似，所得到控制律较为繁琐，给实际应用造成不便。
随着近年智能控制论的兴起，一些智能控制方法如模糊控制，神经网络等逐步走向完善，尤其是模糊控制理论在很多地方显示出相当的应用价值，以此为基础，设计新概念的控制器受到人们很大关注。
同时，人们也正考虑这在各种方面包括硬件和软件的综合技术开发和研究探索，智能车的技术将会趋于成熟并得到广泛的应用。
本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行存储，利用单片机控制智能车行进。
基于CCD图像识别的HCS12单片机智能车控制系统_刘建刚
光电 技术 应用
ELECT R O- OPT IC T ECHN OL OGY A PPL ICA T ION
Vol. 22, No. 6 December . 2007
文章编号: 1673- 1255( 2007) 06- 0052- 04
基于 CCD 图像识别的 H CS12 单片机智能车控制系统
的光电传感器识别路径方案, 该摄像头传感器 可以获取更多的路径信息, 使智能 车按任意 给定的黑色 引导线更 能以较快的 速
度平稳地运行.
关键词: 图像识别; 智能车; HCS12 单片机; CCD
中图分类号: TP212. 9
文献标识码: A
Design of Smartcar. s HCS12 MCU Control System Based on CCD Image Recognition
1 检测前瞻距离远 2 检测范围宽
3 检测道路参数多 4 占用 M CU 端口 资源少
1 电路相对设计复杂 2 检测信息更新速度慢 3 软件处理数据较多
2 主要电路模块设计
2. 1 CCD 路径识别电路
摄像 头的 主要 工作 原理 是[ 2] : 按一 定 的分 辨 率, 以隔行扫描的方式采样图像上的点, 当扫描到某 点时, 就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转 换成与灰度成一一对应关系的电压值, 然后将此电 压值通过视频信号端输出. 具体参见图 1. 当摄像头 扫描完一行, 视频信号端就输出有一个电压/ 凹槽0, 并保持一段时间, 此/ 凹槽0叫做行同步脉冲, 它是扫 描换行的标志. 然后, 跳过一行后, 开始扫描新的一 行, 如此下去, 直到扫描完该场的视频信号, 接着就 会出现一段场消隐区. 在这若干个消隐脉冲中, 有个 脉冲远宽于其他的消隐脉冲, 该消隐脉冲即称为场 同步脉冲, 它是扫描换 场的标志. 摄像头每秒 扫描 25 幅图像, 每幅又分奇、偶 2 场, 先奇场后偶场, 故 每秒扫描 50 场图像. 即扫描周期为 20 ms.
基于红外光电传感器的智能车两轮差速转向模糊控制
检 测 到 导 引 带 传感 器 读 数 为 １ 检测 到地 面 传 感 器读 数 为 ０ ， ）
表 １ 传 感 器 检 测 信 号 值
Ａ ＣＤ 对应 十进制数 能否 出现 Ｂ ００ ０Ｏ Ｏ 可能 出现 ００ ０１ １ 可能 出现 Ｏ １ ００ ｏ ｌ ｏｌ ０ｏ ｌｏ ０ ０ １ｌ ０ ｌ ｌＯ
ａ ｄ ｒ ｈ ｐ ｅ ｓ ｏ ｈ ｏ ｍｏｏ ｓＴ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎａ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ｏ ｗｈ ｌｄｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｅ ｄ ｓｅ ｒ ｇ ｎｅ ｌ ｅ ｔ ｎ ｉ ｔ ｓ ｅ ｄ ｆ ｔ ｅ ｔ ｔ ｒ ．ｈ ｘ ｅ ｉ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔａ ｈ ｇ ｗ ｍｅ ｓ ｗ － ｅ ｉｅ ｅ ｃ ｐ ｔ ｅ ｉ ｉ ｌ ｎ ｎ ｔ ｉ ｇ
Ｋｅ ｗｏｄｓｉｆａ ｅ ｓ ｎｓ ， ｔ ｌｇｅ ｔ ｖ ｈｉ ｅ， ｆ ｅｎ ｉ ｔ ｒ ｙ ｒ ： ｒ ｒ ｄ ｅ ｏｒｉ ｅｌ ｎ ｅ ｃｌ ｄｉｅｒ ｔ ｓｅｅ ｉ ｆ ｚ ｙ ｃ ｔｏｌ ｎ ｎ ｉ ａｌ ｎｇ． ｚ ｏｎ ｒ ｕ
智 能 车设计 是 一 种 以汽 车 电 子 为背 景 ， 盖 控制 、 涵 电子 电气 、 计算机、 机械 等多 学科 的科 技创 意 性设 计 。它 主要 由路 径 识别 、 速 度采集、 角度 控 制 及 车速 控 制等 功 能 模 块组 成 。 智 能小 车 要 实 现 的最 基 本 功 能 简单 的来 说 ， 是 沿 着 固定 导 引 带 运 行 ， 小 车 的 就 对 控制 主要 体 现 在 当小 车 相 对 于导 引 带发 生 偏 移 时 ， 制 系 统 做 出 控 相应 的调 整 将 偏差 消 除 ， 小 车运 行 方 向 与导 引 带保 持 一 致 。 如 使 果在 小 车在 没 有脱 离 导 引 带 的情 况 下可 以很 快 的将 偏 差 消 除 ， 且 没有 较 大 的波 动 ， 我们 就认 为 已 经达 到 了控 制 的要 求 。
基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计
基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，智能化、自动化的技术在各个领域得到了广泛的应用。
在智能交通系统中，智能车自动寻迹系统以其高效、准确的特点，受到了广泛的关注。
本文旨在探讨基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统的设计，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。
本文将详细介绍红外光电传感器的工作原理及其在智能车自动寻迹系统中的应用。
红外光电传感器作为一种非接触式的测量工具，具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在智能车自动寻迹系统中具有广泛的应用前景。
本文将深入探讨智能车自动寻迹系统的总体设计方案。
包括系统的硬件设计，如红外光电传感器的选型、电路设计、微处理器的选择等，以及软件设计，如路径识别算法、运动控制算法等。
通过对这些关键技术的详细分析，以期能为实际系统的设计提供有益的参考。
本文将通过实例分析，验证所设计的智能车自动寻迹系统的性能。
通过在不同环境下进行实际测试，收集并分析系统的寻迹精度、速度、稳定性等数据，从而评估系统的性能，并提出改进意见。
本文旨在对基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统进行全面、深入的研究，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。
二、红外光电传感器原理及特性红外光电传感器是一种利用红外线进行非接触式测量的传感器，其基本原理是基于光电效应和红外辐射的特性。
红外光电传感器内部包含一个发射器和一个接收器，发射器发射出特定波长的红外线，当这些红外线遇到物体后，部分会被反射回接收器。
根据物体对红外线的反射程度，接收器可以感知到物体的存在及其与传感器的距离。
红外光电传感器具有多种特性，使其特别适用于智能车自动寻迹系统。
红外光对许多物体的穿透能力较弱，因此传感器能够精确地感知物体表面的细节，这对于智能车寻迹系统中的路径识别非常关键。
红外光电传感器对环境光线的变化不敏感，即使在日光下也能正常工作，这使得系统在各种光线条件下都能保持稳定的性能。
自动寻迹智能车设计
自动寻迹智能车设计摘要：本文旨在设计一种自动寻迹智能车，该车能够根据地面上的线路进行移动，并避免碰撞等危险情况。
本设计基于光电传感器技术，通过获取地面上的光信号来实现寻迹功能。
该车还配备了超声波传感器和红外避障模块，能够对前方障碍进行探测和避让。
本设计采用单片机控制和模组化设计，使得车辆控制和维护较为方便。
关键词：自动寻迹、光电传感器、超声波传感器、红外避障、单片机正文：随着智能化技术的不断发展，自动寻迹智能车成为人们研究的热点之一。
本设计基于光电传感器技术，通过获取地面上的光信号来实现寻迹功能。
当传感器接收到黑色或白色的光信号时，车辆向相应的方向进行调整，以保持在线路上行驶。
如果车辆偏离了线路，传感器就会控制车辆重新回到线路上，保证行驶的准确性和稳定性。
此外，本设计还配备了超声波传感器和红外避障模块。
当车辆进入障碍物区域，超声波传感器会探测到前方障碍距离，并发送信号到单片机，控制车辆停止前进。
如果障碍物是可避让的，则车辆会进行相应调整，继续行驶。
红外避障模块则用来检测车辆左右两侧是否有障碍，避免碰撞。
本设计采用单片机控制和模组化设计，使得车辆控制和维护较为方便。
车辆的控制器由主板和多个子模块组成，各模块之间通过总线进行通信。
这种设计方案使得车辆的功能模块化，在实际应用中可以根据需要进行灵活组合和调整。
总之，本设计基于光电传感器技术、配备超声波传感器和红外避障模块，采用单片机控制和模组化设计，能够实现自动寻迹和避障功能。
该智能车在物流、工业自动化等领域具有广泛应用前景。
为了使自动寻迹智能车能够准确地寻线和避障，本设计采用了高精度的光电传感器。
光电传感器是一种能够将物理量转换为光信号的传感器，其工作原理是通过发射光束，测量光信号的强度，进而确定当前位置和方向。
在本设计中，光电传感器可以通过调整位置和角度，对不同颜色的线路进行识别和跟踪。
通过对光电传感器的实验和精度测试，能够有效保证车辆在移动过程中的精度和稳定性。
光电传感器在智能小车设计中的应用
光电传感器在智能小车设计中的应用摘要:本文简要分析了电传感器的结构及其工作的原理。
并从光电传感器的工作原理为基础,对智能小车的运作加以设计,本文首先指出了光电传感器在智能小车中的应用的相关部件,并对这些部件的作用加以简单的介绍。
此后光有对电传感器在智能小车中的应用加以详细的编程,分析其运作的程序。
关键词:光电传感器智能小车应用在当今社会中,随着科学技术的日新月异,单片机与光电传感器接口程序的实际应用愈来愈普遍。
光电传感器作为传感器的一张新形式具有,体积小、性能高、不触碰被测物体,精准测量被测物体的运转形式等优点。
光电传感器普遍应用于多费率电表、IC卡压力表与电能转换装置转速测量等诸多测量计数的工具。
1 光电传感器概述1.1 光电传感器的结构分析以光电器件作为程序元件的传感器就是光电式传感器。
它能够用于测量更替为光量转换的其他非电量,如部件半径、表面光滑度、更替、移动、振动、速度,以及被测物体的体积、工作途径的认定等;也能够用来测量直接引起光量转换的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等突出特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得普遍应用。
新的光电器件持续涌现,尤其是CCD图像传感器的出现,为光电传感器的进一步应用开创了新的历史纪元。
光电传感器一般由发送器、接收器和测量程序等三部分构成。
1.2 光电传感器工作原理依据光通量对光电部件的作用原理不同所设计的光学控制程序的形式是繁多复杂的,依照光学测控程序发出量性质能够把测控程序分为两种,即模拟式光电传感器与开关式光电传感器。
模拟式光电传感器是将被测量物体更替成不断转换的光电流,它与被测量物体之间呈单值关系。
模拟式光电传感器依据被测量(测量目标物体)途径能够分为透射(吸收)式,漫反射式与遮光式(光线阻档)三大种类。
透射式指的是被测物体放在光路程序中,恒光源射发的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;漫反射式指的是恒光源射发的光投然后由被测物体的表面反射到光电元件上;遮光式指的是当光源射发的光通量经被测物光遮其中的一部份,使投射到光电元件上的光通量更替,更替的幅度与被测物体在光路路径相关。
基于语音识别和红外光电传感器的自循迹智能小车设计
（． １ 重庆大学 光 电技 术及 系统教 育部重 点实验室 ， 重庆 ４ ０ ３ ； ００ ０ ２ 重庆 大学 通信工程学院 ， ． 重庆 ４０ ３ ） ０ ００
摘
要 ：基 于光电传感 器和语音识别技术完成 了一种 自循迹智能小 车的设计 。该小 车采用 凌阳 １ ６位单
片机 Ｓ Ｃ ０ １ Ｐ Ｅ ６ Ａ作为系统控制处理器 ， 以反射式红外光 电传感 器获取路 径信息 。根 据路径信 息 中黑线 的
Ｌ ｎ ｋ ，Ｇ ｈ ｏ ，ＧＵＯ Ｙｏ ｇ ｃ ｉ ＩＸｉ ． ｅ ＡＯ Ｃ ａ ｎ ．ａ ，ＨＥ Ｗｅ ． ｕ ｉ ａ ｈ
基于光电传感器的飞思卡尔智能车设计
基于光电传感器的飞思卡尔智能车设计作者：胡骏王先鲜杜春来来源：《数字技术与应用》2012年第10期摘要：本文设计一种基于光电传感器并自主驾驶的飞思卡尔智能车模型。
智能车模型以飞思卡尔公司16位单片机MC9S12XS128为核心控制器；光电传感器采用速度快，精度高，量程大，抗干扰能力强的激光传感器；系统通过激光传感器的阵列反馈信息，得到智能车与路径的水平偏差，采用PID算法控制舵机转向及直流电机的速度调节，从而实现飞思卡尔智能车快速稳定的自主驾驶。
关键词：智能车光电传感器 PID算法中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0036-010、引言随着计算机技术、传感器技术、控制技术的高速发展和广泛应用，智能控制技术取得了巨大的进展。
而智能车正是最典型的一个例子，结合传感器技术和控制技术实现智能车高速稳定自主的驾驶。
本文通过对自主寻径智能小车的设计和研究，对促进控制技术及汽车电子科学技术的发展，起到了良好的推动作用。
1、系统总体设计本文设计的智能小车主要由路经检测、电机驱动、舵机转向及车速控制等功能模块以及软件控制算法构成。
智能车以飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128为核心控制器，采用激光传感器对路径进行检测，并反馈路况信息，再通过PID算法实时控制舵机转向，以及对车速进行调节。
该智能车的总体结构框图如图1所示。
2、硬件结构设计2.1 激光传感器设计激光传感器由两部分构成，一部分为发射部分，一部分为接收部分。
发射部分由一个振荡管发出180KHz频率的振荡波后，经三极管放大，激光管发光；接受部分由一个相匹配180KHz的接收管接受返回的光强，经过电容滤波后直接接入MC9S12XS128控制器的IO口，检测返回电压的高低。
激光传感器原理如图2.1所示。
2.2 路经检测原理根据不同颜色对光线吸收程度不同，光线反射强度也就不同的事实，为智能车设计黑色为边界的白色跑道。
智能小车循迹原理
智能小车循迹原理智能小车循迹技术是一种基于光电传感器的自动导航技术，通过对地面反射光的检测和分析，实现小车在指定轨迹上行驶的能力。
本文将从传感器原理、信号处理和控制系统三个方面详细介绍智能小车循迹的工作原理。
一、传感器原理智能小车循迹系统主要依靠光电传感器来感知环境，其中常用的光电传感器有红外线传感器和光敏电阻传感器。
红外线传感器是最常见的一种传感器，其工作原理是通过发射和接收红外线来检测地面上的黑线或白线。
当传感器上方是黑线时，地面会吸收红外线，传感器接收到的光强较低；当传感器上方是白线时，地面会反射红外线，传感器接收到的光强较高。
通过检测光强的变化，系统可以确定小车当前位置，以便进行相应的控制。
光敏电阻传感器则是通过光敏电阻的电阻值随光照强度变化来实现检测。
当地面上有黑线时，光敏电阻接收到的光照较强，电阻值较低；当地面上是白线时，光敏电阻接收到的光照较弱，电阻值较高。
通过检测电阻值的变化，系统可以判断小车当前所在位置。
二、信号处理传感器感知到的光信号需要经过一系列的处理和分析，以提取有用的信息。
首先，传感器采集到的光信号需要进行放大和滤波处理，以提高信号的稳定性和可靠性。
接着，通过比较传感器输出信号与设定的阈值，判断当前检测到的是黑线还是白线。
最后，根据检测结果，系统会输出相应的电信号给控制系统，以实现对小车运动的控制。
三、控制系统智能小车循迹系统的控制系统通常由微控制器或单片机来实现。
控制系统根据传感器感知到的信号，判断小车当前位置及偏离轨迹的程度，并根据预设的算法进行相应的控制。
当小车偏离轨迹时，系统会根据传感器的输出信号控制电机的转速和方向，使小车重新回到指定轨迹上。
同时，控制系统还可以实现其他功能，如避障、避免碰撞等。
总结：智能小车循迹原理是基于光电传感器的自动导航技术，通过对地面反射光的检测和分析，实现小车在指定轨迹上行驶的能力。
传感器原理主要是利用红外线传感器或光敏电阻传感器来感知地面上的黑线或白线。
光电传感器技术促进智能车优化控制研究
42 | 电子制作 2018年2-3月合刊个领域的知识如：计算机、自动控制、机械等。
社会的发展越来越需要高科技来支撑，因此，智能车在人们的平时生活以及企业的生产中占据了重要地位，近些年我们可以看到在道路上、物流中、甚至柔性制造系统中智能车已经被熟练地运用在其中，其已经成为研究领域的重要研究项目。
就现在来看，智能车已经可以在有标记的路上为驾驶员进行辅助甚至可以无人驾驶，这些智能车常常依据识别特殊的标记来完成，经过系统判断和模仿技能来完成驾驶操作。
智能车即为一种可以自行导动的车，在规定区域内沿设定轨迹前进。
在运动过程中主要由电机驱动系统和方向系统进行控制。
以黑色线作为引导线，白色则作为地面颜色。
该车的驱动应用的是直流电机，并采取PWM 已达到电机的调速。
为了实现速度快、行进平稳的目标，需要将识别路径、转向时电机的控制等操作系统精准的组合到一起。
1 硬件的结构该车硬件主要由：供电电路、光电传感、转向和摇头舵机等一系列系统组合而成，如图1所示。
图1■1.1 飞思卡尔单片机型号为9S12XS128的单片机为飞思卡尔公司研发设计调制电路，接收管只能接收到调制后的光信号，以防可见光对其电路的影响。
智能车选择了双排的激光管来获得信息，有一排安置在车身上，用直线排布，与前轮轮轴距离50mm 左右，两个激光管之间的距离为20mm 左右。
另一排则和摇头舵机连接，由该舵机控制，控制范围在以舵头为圆心，直径为90cm 的圆弧，每个激光管之间的距离大约为20mm 左右。
因此，需要设定黑线的宽度为25mm，这样可以保证两排激光管中至少会有一个检测到黑线的位置。
■1.3 电机驱动作为为智能车提供驱动力的电机，其性能直接影响了车的速度响应。
电机的驱动芯片应用的是飞凌公司的BTS7960，它是大电流的集成芯片，电流最高可达到43A,控制信号能到达25kHz，为了得到更大的驱动力，车内应用了两个芯片，以达到更快速的目的。
2 摇头舵机此舵机采用的是Futaba 公司的产品，S3010数字舵机来促使激光管追踪黑线的路径，因为响应速度有一定的限制，单片机发送信号后舵机不能立刻将信号消息处理转化为指定的角度，所以还要加配一个旋转角传感器来辅助舵机完成角度的转换，单片机通过旋转角传感器来获得当前的角度并根据PWM 信号来综合确定下一刻舵机的脉宽值。
智能小车循迹设计方案
智能小车循迹设计方案简介智能小车是一种能够根据线路信号自主行驶的机器人小车。
循迹技术是智能小车中重要的一部分，它能够使小车按照事先设定的轨迹行驶，并通过传感器感知周围环境，实现自主导航。
本文将介绍一种基于光电传感器的智能小车循迹设计方案，包括系统架构、硬件设计和软件设计。
系统架构智能小车循迹系统的基本架构如下：系统架构图系统架构图1.光电传感器：用于检测地面上的线路信号，并将信号转换为电信号输出给控制器。
2.控制器：接收光电传感器的信号，并根据信号进行判断和控制小车的行驶方向。
3.电机驱动器：根据控制器的指令，控制小车的电机驱动器转动，实现小车的前进、后退和转向。
4.电源：为整个系统提供电能。
硬件设计光电传感器本设计方案中使用一对光电传感器进行循迹控制。
这对传感器被安装在小车底部，通过检测地面上的黑线与白色背景的反差，来确定小车当前所在位置。
控制器控制器是智能小车循迹系统的核心部分，其主要功能是接收光电传感器的信号，并根据信号进行判断和控制小车的行驶方向。
在本设计方案中，我们使用单片机作为控制器。
单片机具有较高的计算能力和较快的响应时间，能够满足智能小车循迹系统的需求。
电机驱动器电机驱动器用于控制小车的电机驱动器转动，实现小车的前进、后退和转向。
在本设计方案中，我们使用直流电机作为小车的驱动器，并采用相应的电路设计来控制电机的转动。
电源为整个系统提供电能的电源是智能小车循迹系统的基础。
在设计电源时，需要考虑系统的功耗和电压稳定性等因素，保证系统能够正常运行。
软件设计智能小车循迹系统的软件设计主要包括信号处理和控制算法。
信号处理在信号处理方面，首先需要对光电传感器的输出信号进行采集和处理。
采集到的模拟信号需要经过模数转换器转换为数字信号，然后通过滤波和放大等处理得到准确的线路信号。
控制算法控制算法负责根据信号判断小车的当前位置，并控制小车的行驶方向。
常见的控制算法有比例控制和PID控制等。
比例控制算法根据当前位置与目标位置的偏差大小来控制小车的速度和转向；PID控制算法在比例控制的基础上，加入了积分和微分的部分，能够更精确地控制小车的行驶。
智能小车设计论文
智能小车设计报告姓名: 黄俊才学院：信息学院班级：电科1004学号：201048360417摘要本系统基于AT89S52单片机的小车寻迹系统，该系统采用两组高灵敏度的红外反射式光电传感器，对路面的黑色轨迹进行检测，将检测的数据送入单片机进行处理，并利用单片机产生PWM波，并以最短时间完成寻迹。
同时采用红外传感器对障碍物进行躲避功能。
对于交通灯的检测采用固定频率的红外线信号表示不同的交通指示灯，使控制系统更加智能。
在软件程序上采用一定的控制算法，使得小车在直到上加速行驶，在弯道上可以实现减速转弯，因此，本系统由红外光电传感器，单片机和驱动单元共同作用，保证小车能在预先设定的轨迹上行驶。
关键词：单片机寻迹传感器避碍交通灯检测本设计的主要特色：1.自制的三轮结构小车，采用PWM调速。
2.采用6V电池供电，直流稳压电路工作稳定，可使小车在不断行驶过程中更换电源。
3.采用红外发射传感器接收对黑线标志进行识别，具有高精度和高灵敏度。
4.通过程序编写音乐，在小车停车后自动播放。
5.通过载波调制与解调的原理，实现红外交通灯信号的远距离检测。
一、系统的基本原理与方案；1.1系统基本原理分析系统可以分为几个基本功能模块，如图1-1图 1-1对各功能模块的设计，分别有以下不同的设计方案；1.2传感器选择方案；方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收；发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被黑带吸收，光敏二极管为检测到信号。
呈高阻抗，使输出端为低电平。
当发光二极管发出的可见光照射到地面时，它发出的可见光反射回来被光敏二极管检测到，其阻抗迅速降低，此时输出端为高电平。
但是由于光敏二极管受环境中可见光影响较大，电路的稳定性很差，但可以通过运放对检测信号进行处理。
方案二：采用反射式红外光电传感器。
用ST198A型反射式红外对管组成的路径识别传感器模块，检测距离和灵敏度均能达到系统要求，该器件具有如下特点：当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平，该光电对管调理电路简单，工作性能稳定。
一种光电传感和路径记忆的智能车导航系统的实现
一种光电传感和路径记忆的智能车导航系统的实现一种光电传感和路径记忆的智能车导航系统的实现智能车的诞生为人类提供了一种全新的缓解城市交通拥堵、提高车辆安全性的交通工具。
在众多的智能车导航方案中，视觉导航由于与人类的驾驶方式最为接近，成为智能车研究热点之一。
目前，视觉导航方法在高速公路环境中已经获得了初步成功，这类环境结构化程度较高，道路曲率有限、路况相对简单。
然而，随着城市环境智能车研究的兴起，视觉导航面临了新的挑战。
城市环境中的道路不仅种类多，而且转弯半径大，常常会因视野有限而导致道路跟踪失败。
本文将从该智能车总体方案、路径识别方案选择、转向和驱动控制及路径记忆算法等方面进行介绍。
智能车总体方案智能车系统以飞思卡尔公司的MC68S912DP256为核心，由电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、转向电机控制模块、控制参数选择模块、单片机模块等组成，。
智能车系统工作电压由+1.6V、+5V、7.2V三个系统混合组成，其中7.2V用于给驱动电机和转向舵机供电，5V给车速传感器、MCU以及光电传感器接收管供电，1.6V给发光管供电。
为了在线控制参数的调整方便，还设置了一个控制参数选择模块，可以通过几个按键的设置，调用不同的程序或控制参数，以适应不同场地条件的要求。
图1智能车总体结构智能车的工作模式是：光电传感器探测赛道信息，转速传感器检测当前车速，电池电压监测电路检测电池电压，并将这些信息输入单片机进行处理。
通过控制算法对赛车发出控制命令，通过转向舵机和驱动电机对赛车的运动轨迹和速度进行实时控制。
路径识别方案选择与电路设计路径识别方案是首先需要确定的，主要有以下几个问题。
*光电识别还是摄像头识别;*传感器如何排列?间隔多大、形状如何、单排还是双排;*传感器可向前探测的远度;*传感器信号采用数字式还是模拟式;*电路上如何实现。
由于光电识别方案简单可靠，因此本文采用了光电识别方案。
数字式光电识别与模拟式光电识别光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
基于红外反射式光电传感器阵列的智能循迹车设计
0 引 言
智能循迹车又叫做轮式机器人，是一个集环境感 知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统， 已广泛应用于科学探索、工业生产等领域。智能循迹 车以蓄电池为动力，以单片机组成的嵌入机式控制系 统为核心，以光电传感器和电磁传感器为导航检测设 备，可以完成固定路线自主驾驶 [1-4]。一般方案为 4 个 红外反射式光电传感器采集数据并做出简单控制，而 少量信息量导致寻迹车的性能有限且提升的空间极小。 本文为提高智能循迹车性能提出了一种研究方向，通 过创新硬件和软件算法提高获取信息量，大大提高了 智能循迹车的智模块
主控 模块
驱动 模块
图 1 系统结构图
执行 机构
收稿日期：2019-05-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目“基于 CSI 的无线层 析成像探测仓储粮食异常粮情的研究”（61871176）；国家 自然科学基金资助项目“无线层析成像法探测仓储粮食异常 粮 情 的 研 究”（61741107）； 河 南 省 科 技 厅 重 点 资 助 项 目 （172102210230）；河南省高等学校重点科研项目应用研究 计划（19A510011）；河南工业大学科学研究基金（省属高校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 ）自 然 科 学 领 域 项 目（ 2 0 1 8 R C J H 1 8 ）。 作 者 简 介：朱 春 华（ 1 9 7 6 - ），女 ，河 南 南 阳 人 ，博 士 ，副 教 授 ， 主要研究方向为通信信号处理； 李方伟（1997-），男，河南开封人，本科，主要研究方向为 通信信号处理。
2019 年 8 月 25 日第 36 卷第 8 期
基于光电技术的智能交通解决方案研究
基于光电技术的智能交通解决方案研究哎呀，说到基于光电技术的智能交通解决方案，这可真是个让人兴奋的话题！你知道吗，我前几天出门的时候，就亲身经历了一次交通拥堵，那车堵得呀，简直像一条长龙，半天都挪不动一步。
我当时就在想，如果有更好的交通解决方案，那该多好。
光电技术在智能交通领域的应用，那可真是有着巨大的潜力。
比如说，咱们常见的交通信号灯，现在很多都采用了光电感应技术，能够根据车流量的大小自动调整信号灯的时间。
这可不像以前那样，不管路上车多车少，都得死等固定的时间。
还有那些道路上的监控摄像头，也是基于光电技术的。
它们就像一双双不知疲倦的眼睛，时刻盯着道路上的情况。
一旦有车辆违规，或者发生了交通事故，就能迅速被捕捉到，然后相关的信息就能及时传递给交通管理部门。
我有次就亲眼看到一辆车在路口闯红灯，结果没过多久，交警就出现在现场处理了。
再说说高速公路上的电子收费系统，这也是光电技术的杰作。
车辆不用再像以前那样在收费站排队缴费，只要安装了相应的设备，通过时就能自动扣费，大大提高了通行效率。
另外，光电技术还能应用在智能停车系统上。
通过传感器和摄像头的配合，能够实时掌握停车场内的车位情况，司机们可以提前知道哪里有空车位，避免了到处瞎转悠找车位的烦恼。
我有个朋友就跟我吐槽过，以前他去商场，为了找个车位能花上半个小时，现在有了这种智能停车系统，方便多了。
还有一种基于光电技术的智能路灯，也很厉害。
它能够根据周围环境的亮度自动调节灯光的强度，既节能又能保证道路照明的需求。
有一次我晚上走在一条安装了这种智能路灯的路上，感觉特别神奇，灯光随着我的脚步逐渐变亮，就好像在为我专门照亮前方的道路一样。
不过，虽然光电技术在智能交通领域已经取得了不少成果，但还是有一些问题需要解决。
比如说，设备的稳定性和可靠性还需要进一步提高。
有时候遇到恶劣天气，比如大雾或者暴雨，一些光电设备可能就会出现故障，影响交通的正常运行。
另外，成本也是一个需要考虑的问题。
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电源 管理 模块 将 车载输 入 主 电源 （ ７ ． ２ Ｖ） 经多路 并联 的 Ｄ Ｃ—Ｄ Ｃ转换 后 ， 为 主控 制 器 （ ５ Ｖ） ， 舵 机
（ ６ Ｖ ） ， 光电传感器（ ５ ｖ ） ， 电机驱动 （ ５ Ｖ ） 等模块供电。
２ 光 电传 感 器 设 计
第３ ３卷 第 １ 期
湖北师范学 院学报 （ 自然科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌ ａ ｏ ｆ Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖｏ １ ． ３３ Ｎｏ ．１． ２０１ ３
基 于 光 电传 感 器 智 能 车 系统 的 设 计
叶梦君 ， 胡长 晖 ， 张先鹤 ， 王小威 ， 袁 亚军 ， 吕高 强
（ 湖 北师 范 学院 机 电与控 制 工程 学 院 ， 湖北 黄 石 ４ ３ ５ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 阐述 了光 电传 感 器 智 能 车 系统 传 感 器 的 选 择 、 布局和路 径信 号 的获取 、 处 理 方 法 。 智 能 车 的 速 度 控
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９—２ ７ １ ４ ２ ０ １ ３ ． ０ Ｌ ０ ０ ２
０ 引 言
传 感 技术 与控 制技 术相 结合 是构 成 智 能系统 的两大 支柱 ， 已经被 广泛 的应 用 于各个 领域 ， 具 有重
照射到黑色导航线 上， 红外光线未被反射 ， 光敏三极管截至， 比较器输出高电平 ， 实际测量值 ３ ． ４ Ｖ ， 因 此， 光电传感器的输 出信号不需要经过 Ａ Ｄ转换 ， 直接可 以通过主控制器的通用 Ｉ ／ ０口读取。
图 １ 智 能 车 系统 整 体 结 构 图
示 为智 能 车 系统 的整 体结 构 图 。
１ ． １ 主控 制器
ＭＣ ９ Ｓ １ ２ Ｘ Ｓ １ ２ ８具有 １ ２ ８ Ｋ Ｂ的 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ， １ ２ Ｋ Ｂ的 Ｒ Ａ Ｍ， ４ Ｋ Ｂ的 Ｅ Ｅ Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ．片上 集成 有 电压调 节 、 在
线调试 、 时钟产生 、 定时器 、 Ａ ／ Ｄ转换 、 Ｐ ＷＭ输出等模块 ， 满足智能车对主控制器资源的要求 。
着 黑线 快 速行驶 。光 电管 照射 到黑 色线 条 和 白色路 面上 ， 将 产生 不 同反射 情况 ， 通 过这 种不 同 的反射
情况 ， 能找 到接 收管 所 在 的位 置 ， 从 而检 测智 能车相 对 丁 二 路 径 中心黑 色 线 条 的位 置 ， 控制 智 能 车 的行
驶方 向和 行驶 速度 。
要 的研 究 和应用 价 值 。 光 电技术智 能 车 系统行 驶 的路 径 为 白色 Ｋ Ｔ板 ， 路 径 中心 有 宽 度 为 ２ ． ５ ｃ ｍ 的 连 续 的黑 色 线 条 。
该 黑 色线 条作 为智 能 车行驶 的导航 信息 源 。智 能 车采 用反 射 式 红外 光 电传 感器 检 测 路 径黑 线 ， 并 沿
１ ． ２ 光 电传 感器
光 电传感器采用 反射式红外光电传感器 Ｓ Ｔ １ ８ ８ ， Ｓ Ｔ １ ８ ８出一个高发射功率红外光 电二极管和一 个 高灵敏度光电晶体管组成 。红外发射管的光线照射在白色的底板上 ， 光 电晶体管 能够接收到反射红 外光 ； 红外发射管的光线照射在黑色中心线条上被 吸收 ， 光 电晶体管不能接收到反射 的红外光 。 １ ． ３ 电机 驱 动
电机 驱 动模块 是 ｝ 丑分离元 器 件 Ｉ Ｒ Ｆ ４ ９ ０ ５和 Ｉ Ｒ Ｆ Ｔ Ａ ８ Ｎ搭 建 的 Ｈ桥 ， 主控 制器 输 出两 路 Ｐ ＷＭ 控 制
信号驱动 Ｉ Ｒ ４ ４ ２ ７ 芯片 ， 控制 Ｈ桥 以驱动电机正反转。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ １ －１ １ ＢＩ ４
制采 用积分分 离数字 Ｐ Ｉ Ｄ算法。实际测试表明 ， 本智能车具有稳定性好 ， 响应速度快等特 点
关键 词 ： 光 电传 感 器 ； 智能车 ； 积 分 分 离数 字 Ｐ Ｉ Ｄ算法 ； 重 心 法 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ２ ７ １ ４（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ０ ７ — ０ ４
１ 智 能 车 系统 的整 体 结构
光 电技术 智 能车 根据 功 能可 分 为七个 部 分 ： 以 ＭＣ ９ Ｓ １ ２ Ｘ Ｓ １ ２ ８为 主控 制 器 的最 小 系统 模 块 、 光 电 传 感器 模 块 、 电源 管理 模块 、 速 度 检测模 块 、 舵 机驱 动模块 、 电机驱 动 模 块 、 辅 助调 试 模 块 。如 图 １ 所
’
作者简 介 ： 叶梦 君（ １ ９ ８ ３ －一 ） ， 男， 湖北黄石人 ， 工学硕 士 ， 讲师 主要研究方向为嵌入式系统
・
７・
１ ． ４ 速度 检测
采用 光 电编码 器 Ｙ Ｚ ３ ０ Ｄ一（ ４ Ｓ ）一２ ＮＡ一 ２ ０ ０， 脉 冲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ２ ０ ０， 具有 功耗 低 ， 抗 冲击 ， 重量轻 的特点 。
２ ． １ 光 电传 感 器 电路设 计
光 电传感器 的接 收电路图如图 ２所示 ， 反射式红外光 电传感器 Ｓ Ｔ １ ８ ８接１ Ｉ 殳 晶体 管的输出信号 ，
经放 大器 Ｌ Ｍ３ ２ ４组 成 的 比较 电路 输 出 。Ｓ Ｔ Ｉ ８ ８的发 射 管一 直 处 于 工作 状 态 ， 且 工作 电 流恒 定 。光 电 传感器的工作原理是 ， 当红外发射管发射红外线垂直的照射到 白色底板上 ， 经反射的红外光线被接收 管接 收 ， 光 敏 三极 管将 导通 ， 比较器输 出低 电平 ， 实 际测 量 值 为 ０ Ｖ； 当红 外 发 射管 发 射 红 外 线垂 直 的