基于单片机的智能循迹小车(文献综述) (3)

电子智能小车的设计与实现

---- 文献综述

摘要：本次设计的智能循迹小车是以单片机89c51为主控制器。运用反射式红外传感器来进行路径检测和速度监测模块。将检测数据传回单片机进行处理，同时，用单片机产生PWM波来控制小车的行进速度，并实时控制小车的行进状态。另外，在小车上还扩展了LCD 作为人机交互界面，以便于实时了解小车个监测传感器的状态机小车的实时数据，由于本次设计的是智能自动循迹小车，整个任务过程无需人工的任何干预，故而没有进行键盘及遥控等的人工操作设备。用多路传感器的实时监测和算法的紧密配合来保证小车的顺畅完成任务。

关键字：80c51单片机，c/c++/汇编语言编程，电子智能小车，光电检测器

一、引言

智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径。

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大。

本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物，进行倒车、前进、左转、右转等动作。

二、主题部分

智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。

2.1 理论的提出

科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已经远远的超出了计算机科学领域。小到玩具、信用卡，大到航天飞机、机器人，从实现数据采集、远程控制、模糊控制等智能系统带人类的日常生活，到处离不开单片机，此设计正是单片机的一个典型的应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能，此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需求。

在设计上，使用连个传感器来检测路面的情况，传感器的心海比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机功过的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路，各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计

出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试，系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于带那路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。

2.2 电子智能小车的设计要求

①电动车能够能够按照行使路线跑完全程；

②电动车能存储并显示检测到的金属片数目以及金属片至起跑线的距离；

③要求电动车行使完全程后能够准确的显示电动车全程行使时间；

④电动车在行使过程中不能与障碍物碰撞；

2.3 计算机网络教学网站的总体构思

采用89c51单片机作为小车的控制单元，在小车的前端就八路从外传感器，作为小车进入车库过程中黑带的检测元件，在小车的后端在接上八路红外线传感器作为小车退出车库时的黑带检测元件，采用LJ18A3-8-Z/BX电感式接近开关作为车库内铁片的检测元件，单片机接受到传感器检测到的信号后通过相应的程序控制小车的前进，后退，转弯，从而使小车的性能指标满足本次设计的要求。

2.3.1 设计思路

智能小车是智能车辆研究的一个分支。它以车轮作为移动机构、能够实现自主

行驶，所以我们称之为智能小车。智能小车具有机器人的基本特征——易于编程。

它与遥控小车的不同之处在于，后者需要操作员来控制其转向、启停和进退，比较

先进的遥控车还能控制其速度(常见的模型小车都属于这类遥控车)；而智能小车

则可以通过计算机编程来实现其对小车启停、行驶方向以及速度的控制，无需人工

干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序或者某些数据来改变它的行驶方

式。这种可以通过编程来控制、改变小车行驶方式的特性是智能小车的最大特点。

智能小车控制系统的研究目的是使得小车行驶具有更高自主性。如果任意给定

小车一条无障路径，通过该系统，小车就可以得到系统对路径图形处理后的数据(位

移与转角)，并能根据位移和转角信息按照预定路径行进。

2.3.2 控制系统结构分析

根据上述设计思路，可将智能小车控制系统的结构分为两层：

1、规划层

上位机控制系统，规划层提供的是小车行驶的全局信息，包括路径处理模块和

通信模块。它要解决的基本问题有：

(1) 使用什么工具处理小车的路径图形；

(2) 建立小车的运动模型，计算出小车行驶所需的数据；

(3) 采用什么方式发送数据。

2、行为层

下位机控制系统，行为层是智能小车控制系统的底层结构，实现对小车行驶的

实时控制，它包括通信模块、电机控制模块和数据采集模块。它要解决的基本问题

有：

(1) 接收、处理上位机发送的数据信息；

(2) 设计步进电机的控制系统；

(3) 采集小车的位移和转角信息，定位小车姿态，分析系统控制误差；

2.3.3 总设计方案

由系统结构得到智能小车控制系统的命令流程：