基于激光传感器的智能车循迹系统
基于激光传感器的循迹智能车设计
Science &Technology Vision科技视界0引言激光传感器作为一种新型传感器,凭借其发射距离远、抗干扰性能好、散射角小等优点,广泛应用于工程机械领域[1]。
本设计将激光传感器应用于智能车光电循迹中,由激光传感器采集道路黑白线信息。
微处理器采用Freescale 公司生产的MK60DN512型号单片机,完成数据处理和对智能车行驶速度和转向角度的控制。
转向控制采用数码舵机代替传统的模拟舵机,最终实现小车的快速稳定循迹。
1系统设计智能车硬件系统主要包括:微处理器模块、电源模块、激光传感器模块、电机驱动模块、舵机转向模块、人机交互模块、无线通信模块、测速模块。
硬件系统结构框图如图1所示。
图1硬件系统结构框图CPU 接收激光传感器检测到的路径信息和测速传感器检测到的小车速度信息,经处理后控制转向舵机的角度和驱动电机的速度,同时数据可以通过无线模块传到上位机,方便数据分析和小车调试。
人机交互模块设有多个拨盘开关,可设置小车不同行驶速度。
2硬件电路设计2.1微处理器模块MK60DN512是飞思卡尔公司于2010年下半年推出的基于ARM Cortex-M4内核的32位微控制器,是业内首款ARM Cortex-M4内核芯片[2]。
其数据处理能力较Cortex-M3内核提高了20%左右。
MK60DN512单片机共有144引脚,其中具有多达100个I/O 引脚,每个引脚均具有多个功能。
CPU 频率最高可达200MHz,保证系统快速运行。
单片机内置看门狗电路,防止程序意外跑飞。
通过BDM 接口可以实现向单片机下载程序以及在线调试仿真功能。
2.2电源模块小车供电采用一节7.2V 镍-铬充电电池。
其优点是可重复500次以上充放电,经济耐用;内阻小,可实现快速充电;可为负载提供大电流,是一种理想的直流供电电源。
在电池充满电的情况下电池电压约为8.2V。
各模块工作电压如图2所示。
实验证明,在电池充满电的情况下,驱动电机启动瞬间,空载加速到占空比为80%时,电池电压瞬间下降至6.5V 左右,带载的情况下电压更低。
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。
基于激光传感器的智能汽车双边寻迹控制系统
先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块。
当调试电路时， 与该元件无关的器件全部从用户
系统中去掉， 这样可以将故障范围限定在某个局
部的电路上 。 当各块电路无故障后 ，将各电路逐块
加入系统中， 再对各块电路功能及各电路间可能
存在的相互联系进行调试， 由分到合的调试就可
流程图设计
完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离
4、系统控制算法设计 4.1 舵机控制设计 舵机控制包括摇头舵机和转向舵机控制，这 个模块的控制直接影响智能车寻迹的稳定性，是 智能车控制的核心之一。 摇头舵机主要控制激光 头输入输出模块的位置， 保证两侧激光始终能照 射在跑道两边。 转向舵机则是控制前轮的转向角 度。 本次智能车舵机控制模块设计采用了特殊的 思路： 利用路径识别模块所得到的数据直接对摇 头舵机和转向舵机进行模糊控制， 并且将摇头舵 机的偏转量补偿给转向舵机。 此种方法可以大大 提高在直入弯时的转向速度， 使得舵机控制的灵 敏度大大提高，非常适应弯道多的赛道。 4.2 速度控制设计 路径搜索算法( Line Searching Algorithm)是智 能车设计中的关键部分。 为了对智能车的速度进 行及时精确的控制， 在智能车后轴上安装光电编 码器，采集车轮转速的脉冲 信号 ，经 MCU 捕 获后 进行 PID 自动控制，完成智能车速度的闭环控制。 对于入弯策略的分析， 应该综合考虑路径情 况、车体情况和当前速度等因素的影响。 当前速度 可由光电编码器采集得到， 而路径和车体情况这 里主要是通过转向舵机的偏转情况进行判断。 取 包括当前时刻的前 0.3 秒的所有转向舵机偏转参 数进行求平均值计算（向左为加，向右为减）。 如果 计算值的绝对值在一定范围内， 则认为是直道或 小 S 弯，智能车加速。除此之外的情况则判断为弯 道，并视情况减速。 这里以车速与车体晃动情况将智能车行驶的 路径情况分为以下四种： ① 快速 + 小晃动 = 直道。 如果舵机变化率 较低则可以继续加速。 ② 快速 + 大晃动 = 直入弯。 进行急刹车，之 后保持低速。 ③ 慢速 + 大晃动 = 弯道。 这样的情况是危 险的，容易驶出跑道，应采取修正算法。 ④ 慢速 + 小晃动 = 弯入直。 如果舵机变化 率低则急加速，否则小加速。 （下转第 102 页）
基于激光传感器的自动巡迹智能车控制系统
Ａｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｔｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎｔ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ
ＺＨＡＮＧ Ｙｕ ｎ ，Ｈ ＡＮ Ｙｏ ｎ ｇ ｑ ｉ
・
信息技术 ・
农业网络信 息
ＡＧ ＲＩ Ｃ ＵＬ ຫໍສະໝຸດ Ｕ ＲＥ ＮＥＴ ＷＯＲＫ Ｒ 刀 Ｄ２ ｖ
２ ０ １ ６年 第 １ ２期
基 于激光传 感器 的 自动巡迹智 能车控 制 系统
张 芸 ， 韩永奇
（ １ ． 长 春科 技学 院 ，吉林 长 春 １ ３ ０ ６ ０ ０ ；２ ． 吉林 农业 大 学 ，吉林 长春 １ ３ ０ １ １ ８ ）
ｓ ｐ ｅｄ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｔ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ． Ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｄ ｅ ｎｄ ａ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｐ ＷＭ ｐ ｕ ｌ ｅ ｓ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｈｅ ｔ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｔ ｏ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｈｅ ｔ
ａ ｄ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｔ ｅ ｈ ｓ ｔ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｎ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｙ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｏ ｂ ｔ ｍｎ ｅ ｄ ｈｅ ｔ
基于光电传感器自动循迹的智能车系统设计
第一章绪论1.1智能小车的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来，机器人的开展已经普及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。
近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。
人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。
随着科学技术的开展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。
视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当兴旺，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些构造化环境简单的目标。
视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。
但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。
避障控制系统是基于自动导引小车〔AVG—auto-guide vehicle〕系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。
使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。
它可以分为三大组成局部：传感器检测局部、执行局部、CPU。
机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。
可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。
基于上述要求，传感检测局部考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。
智能小车的执行局部，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。
单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现准确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以准确调速，但单片机型号的选择余地较大。
毕业设计---基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计
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。
大学生智能车比赛是智能汽车设计的一个实践平台，光电传感器的自动循迹智能车系统，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。
本课题就是利用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。
硬件系统使用专门软件Altium Designer设计。
硬件电路系统主要包括freescale单片机最小系统、电源管理系统、路径识别与检测系统、电机驱动系统。
而控制系统软件的设计主要包括单片机的初始化、PID控制算法、路径识别算法、舵机控制算法、速度控制算法。
软件设计是用Freescale公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
最后完成了整个自动循迹智能车系统设计。
关键字：智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID;I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计ABSTRACTThe design of autoguiding smartcar system based onphotoelectric sensorN ew generation automobile development and researched focus on information technology, microelectronic technology, computer technology, intelligent automation technology, artificial intelligence technology, networking technology, communication technology and so on. The intelligent automobile is the direction in which the modern automobile developed.The university students intelligence vehicle competition is a practice platform in which intelligence automobile designed , we use the photoelectric sensor as gathering sensor to take path information , The microcontroller is used as the control system core ,and process the signal, and controls car to run . signal-chip microcomputer MC9S12 series be widespread utilized in the automobile electronic control domain. I use the Freescale microcontroller MC9S12XS128 to design the intelligent vehicle system. The design of intelligent vehicle system including hardware circuit and control software system. I adopt the software of electronics design Altium Designer to complete designing the hardware . Hardware circuit system mainly includes the freescale ’s Single-chip Microcomputer smallest system, the power source management system , the way recognition and the detecting system, the motor-driven system. But the control software system mainly includes Single-chip Microcomputer 's initialization, the PID control algorithm, the way recognition algorithm, the steering engine control algorithm, the speed control algorithm . It uses Freescale Corporation's Codewarrior as the software development ,the simulation and downloading…s platform in the software designing . Finally The design of auto track smartcar system based on photoelectric sensor is completed.Key words: Intelligent vehicle; photoelectric Sensor; auto track; Control algorithm ;PID；II摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 插图清单 (I)第1章绪论................................................................................................................. - 1 -1.1 毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）............................................. - 1 -1.2 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势..................................................... - 2 -第2章控制系统整体方案设计................................................................................... - 3 -2.1 整体设计方案概述........................................................................................... - 3 -2.2 控制系统整体方案设计................................................................................. - 4 -2.2.1 模型车硬件整体方案设计...................................................................... - 4 -2.2.2 系统软件模块分析 ................................................................................. - 7 -2.2.3 控制算法设计方案 ................................................................................. - 8 -第3章单片机最小系统模块....................................................................................... - 9 -3.1 单片机以及最小系统简介............................................................................... - 9 -3.2 MC9S12XS128最小系统设计 ...................................................................... - 9 - 第4章电源管理模块................................................................................................. - 11 -第5章路径识别模块和测速检测模块..................................................................... - 13 -5.1 路径识别模块................................................................................................. - 13 -5.1.1 光电传感器 ........................................................................................... - 13 -5.1.2 光电传感器发射与接收电路设计 ....................................................... - 13 -5.1.3 路径识别传感器布局设计 ................................................................... - 14 -5.2 测速检测模块 .......................................................................................... - 16 -第6章电机驱动模块................................................................................................. - 19 -6.1 直流电机驱动模块......................................................................................... - 19 -6.1.1 电机的工作原理 ................................................................................... - 19 -6.1.2 MC33886介绍....................................................................................... - 21 -6.1.3 PWM信号控制电机的转速.................................................................. - 22 -6.2 舵机驱动模块............................................................................................... - 23 -第7章智能车软件的设计......................................................................................... - 29 -7.1 单片机初始化................................................................................................. - 30 -7.2 PID控制算法 ............................................................................................... - 32 -7.3 路径识别算法............................................................................................... - 34 -7.4 舵机控制算法............................................................................................... - 34 -7.5 速度控制算法............................................................................................... - 36 -I基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计第8章开发制作与调试............................................................................................. - 38 -8.1 CodewarriorV4.7软件及其应用.................................................................. - 38 -8.2 BDM for S12的使用.................................................................................... - 43 -结论和展望................................................................................................................... - 44 - 致谢........................................................................................................................... - 45 - 参考文献....................................................................................................................... - 46 - 主要参考文献摘要....................................................................................................... - 48 - 附录A ........................................................................................................................... - 50 -II插图清单图2-1 系统信息的控制流程图....................................... - 4 - 图2-2 智能车控制系统整体结构图................................... - 5 - 图2-3 系统硬件结构图............................................. - 6 - 图2-4 系统软件结构............................................... - 7 - 图3-1 最小系统原理图和PCB图.................................... - 10 - 图4-1 电源系统结构框图.......................................... - 11 - 图4-2 LM7805电路图.............................................. - 12 - 图4-3 LM7806电路图.............................................. - 12 - 图5-1 光电传感器的基本组成...................................... - 13 - 图5-2 单对红外传感器电路图...................................... - 14 - 图5-3 红外探测布局的PCB图...................................... - 16 - 图5-4 霍尔原理.................................................. - 17 - 图5-5 霍尔测速电路图............................................ - 18 - 图6-1 H桥式电机驱动电路......................................... - 20 - 图6-2 H桥电路驱动电机顺时针转动................................. - 20 - 图6-3 H桥电路驱动电机逆时针转动................................. - 21 - 图6-4 MC33886电机驱动原理图..................................... - 22 - 图6-5 舵机工作原理示意图........................................ - 24 - 图6-6 舵机输出转角与控制信号脉宽之间关系........................ - 25 - 图6-7 不同占空比的PWM波形控制的转向伺服电机状态图.............. - 26 - 图6-8 转向伺服电机控制方法图.................................... - 27 - 图6-9 舵机转角控制模块程序流程图................................ - 28 - 图7-1 光电传感器方案主程序流程图................................ - 29 - 图7-2 典型PID控制结构.......................................... - 33 - 图7-3 舵机控制流程图............................................ - 35 - 图7-4 速度控制流程图............................................ - 37 - 图8-1 CodearrierV4.7 创建新的工程窗口........................... - 40 - 图8-2 CodearrierV4.7的工程的初始设置窗口........................ - 41 - 图8-3 CodearrierV4.7的编译窗口.................................. - 42 -图8-4 BDM的PCB原理图........................................... - 43 -I第1章绪论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。
基于激光传感器的自主循迹智能车设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈｉ ｃ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎｄ ｅ ｐ ｅ ｎｄ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｋｉ ｎｇ
ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ
白路 径 的 智 能 车 ， 设计一组 共 １ ８个 激 光 传 感 器组 ， 并 在 传感 器 布 局 和 路 径 识 别 算 法 中将 激 光 头 分 成 ３组 形 成 分 时 复 用， 通 过 寄 存 器 赋 值 用 以 区 分 黑 线 的 不 同位 置 。 而后 根据 寄 存 器 的 值 ， 分 别 调 试 出舵 机 的 期 望 脉 冲 值 和 当 前 脉 冲 值 ， 通 过 二 者 作 差 从 而 获 得 方 向控 制 的偏 差 值 ， 并对偏 差采取 Ｐ Ｄ控 制。实际 凋试表 明 ， 所提传感 器布 局、 路 径 识 别 和 处
理方法可 以有效识别道路信息 ， 并 使 得 智 能 车方 向控 制 精 确 平 稳 。 关 键 词 ：激 光 传感 器 ； 智能车 ； 路径识别 ； 路 径 处 理 中图 分 类 号 ：ＴＮ ２ ４ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 国 家 标 准 学 科 分 类 代 码 ：５ １ ０ ． ８ ０ ６ ０
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏｒ ｐ ａｔ ｈ ｒ ｅ ｃ ｏｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇｅ ｎｔ ｒ ｏ ｂ ｏｔ ，ｔ ｈｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏｒ ｉ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕｓ ｅ ｄ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏｆ ｉ ｔ ｓ ｈｉ ｇｈ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎｇ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ，ｆ ｏｒ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇｅ ｎｔ ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ｗｈｉ ｃ ｈ ｎ ｅ ｅ ｄｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇｎｉ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｂｌ ａ ｃ ｋ ａ ｎｄ ｗｈｉ ｔ ｅ ｐ ａｔ ｈ， ａ ｓ ｅ ｔ ｏｆ Ｉ ８ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｅ ｄ． Ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｐｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｎｄ ｐａ ｔ ｈ ｉ ｄ ｅ ｎｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｌ ａｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄｅ ｄ ｉ ｎｔ ｏ ３ ｔ ｅ ａｍ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｈａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍ ｕｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ．ａ ｎ ｄ ｄｉ ｆ ｆ ｅｒ ｅ ｎｔ ｖａ ｌ ｕｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｓ ｉ ｇｎｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｂ ｌ ａ ｃ ｋ ｗｉ ｒ ｅ ｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ． Ｔｈｅ ｎ ｆ ｏｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅｒ ｅ ｎｔ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｒ ｅ ｄ ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕｅ ｓ ｆ ｏｒ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎｇｉ ｎｅ ａ ｎｄ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎｔ ｐ ｕｌ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｄｅ ｂｕ ｇｇｅ ｄ． Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ｏｆ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｔ ｗｏ ｐ ｕｌ ｓ ｅ ｖａ ｌ ｕ ｅ ｓ，ｔ ｈｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ． Ｔｈｕｓ ＰＤ ｃ ｏｎｔ ｒ ｏｌ ｗａ ｓ ａ ｄｏ ｐｔ ｅ ｄ ． Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ｉ ｔ ｗａ ｓ ｓ ｈｏ ｗｎ ｂ ｙ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａｌ ｄ ｅ ｂｕ ｇｇｉ ｎｇ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｉ ｓ ｌ ａｙ ｏｕ ｔ ｏｆ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｓ， ｐ ａ ｔ ｈ ｉ ｄｅ ｎｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａｎ ｄ ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｄ ｅ ｎｔ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈｅ
基于激光传感器的智能循迹小车设计
不恰当的话 ，将会导致转 向的滞后和机械 。 本 系 统采用 算 术平均 法进 行滤 波。每 次 将采集的信号进行加权，判断等处理方法进行 单次滤波，保留数据；等待采集满二十个采样
值后进行算术平均运算，给 出一次转角 。这种
方法适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤 波。需要注意的是：运用算术平均滤波需充分 考虑程序的执行时间和舵机的延迟时间 ，要经
小 Ｓ小车 舵机 转 的太厉 害等 。这些 问题 需要 现场调试 ，修 改路径识别算法 。本 系统直 接用 Ｃ ｏ ｄ ｅ Ｗａ ｒ ｒ ｉ ｏ ｒ ６ ． ０开发环 境编程和调 试，可 以在 线查看 当前路径信 息和各个 寄存器 的值 ，还可 以在线修 改程序和设置参数 ，但是这种 方式看 的数据 不多，不能更全面 的掌握 路径信 息。系
汽车 电子 ・ Ａ ｓ
基于激 光传 感器 的智能循迹小车设计
文／ 朱 丹
智 能 小车 使用 ７ ． ２ Ｖ ２ ０ ０ ０ ｍＡｈ Ｎｉ 。 ｃ ｄ电池 在 试验 中根据 不同的安装而 定，适 当的值 会使 本 文介 绍 了基 于激 光传 感 器 作 为路 径识 别 装置 的智 能循 迹 小 车的设计 ， 本 系统选取激光传感 器 作 为路 径信 息采 集装 置， 以飞思 卡 尔 两片 ８位 单 片机 Ｍ Ｃ ９ Ｓ ０ ８ Ｄ Ｚ ６ ０ 作 为 系统 的控 制核 心 ，介绍 了基 于激 光传 感 器的数 据处 理 与算 法 设 计 ，并在 Ｃ ｏ ｄ ｅ Ｗ ａ ｒ ｒ ｉ ｏ ｒ ６ ． ０开 发 环境 上 采用 Ｃ语 言 进行 了软 件编 程 和 仿真 ，最后 经 过 实际 场地调 试和 多 次 系统 的改进 ，提 高 了小 车识 别 系统 的前 瞻性 和 准确度 ， 从 而达 到 了提 高小车运 行速 度 和
基于某光电传感器自动循迹小车设计.doc
摘要制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。
为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。
在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。
由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。
红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。
软件是在CodeWarrior 5.0的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。
整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。
经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。
关键词：MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车ABSTRACTMaking automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system.Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction.The software is under the CodeWarrior 5.0 environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel.The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times.Keywords：MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2本文设计方案概述 (1)1.2.1总体设计 (1)1.2.2传感器设计方案 (2)1.2.3控制算法设计方案 (4)第二章机械结构设计 (5)2.1前轮倾角的调整 (5)2.2齿轮传动机构调整 (5)2.3后轮差速机构调整 (6)2.4红外传感器的固定 (6)2.5小车重心的调整 (6)2.6齿轮啮合间隙的调整 (7)第三章硬件电路的设计 (8)3.1系统硬件概述 (8)3.2电源模块的设计 (9)3.2.1 LM2940供电电路 (10)3.2.2 LM2596供电电路 (11)3.3电机驱动模块 (12)3.3.1模块介绍 (12)3.3.2使用说明 (13)3.3.3电压电流测试结果 (14)3.4舵机控制模块 (15)3.5路径识别模块 (16)3.7单片机模块的设计 (18)3.8硬件电路部分总结 (18)第四章软件系统设计 (20)4.1智能车控制算法监测平台 (20)4.2主程序流程图 (20)4.3系统的模块化结构 (21)4.3.1时钟初始化 (21)4.3.2串口初始化 (22)4.3.3 PWM初始化 (23)4.4中断处理流程 (25)4.5小车控制算法 (25)4.5.1舵机控制 (26)4.5.2速度控制 (27)4.6坡道的处理 (29)4.7弯道策略分析 (29)第五章开发与调试 (31)5.1软件开发环境介绍 (31)5.2智能车整体调试 (34)5.2.1 舵机调试 (34)5.2.2 电机调试 (34)5.2.3 动静态调试 (34)第六章结论 (36)6.1智能车的主要技术参数说明 (36)6.2总结 (36)6.3不足与展望 (36)参考文献 (37)致 (38)附录1 (39)附录2 (47)附录3 (60)第一章绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程项目的灵魂。
基于激光传感器跟踪智能车系统的设计和实现
基于激光传感器寻迹智能车系统的设计和实现陈勇，张謇，张欢欢电子与信息学院杭州电子科技大学浙江省杭州市，中国摘要：本文记叙了一种基于激光传感器路径识别的智能小车控制系统的设计与实现方法。
智能小车的整个系统是实现在一个模型为128大小的汽车。
该车是由后轮直流电机和前轮转向伺服驱动的。
小车按设计配有接收波长650纳米的激光管作为其路径识别传感器，并采用飞思卡尔公司的高性能单片机MC9S12XS128作为控制电机的核心，通过伺服系统对采集跟踪信息和编码器的速度反馈。
文中使用的控制方案命名为闭环控制系统，使用与速度反馈相结合的PID控制算法。
整个系统的稳定运行通过软件和硬件的共同工作来完成，达到对复杂的路径信息作出快速的反应。
关键词：寻迹智能小车；激光传感器，微控制器，MC9S12XS128单片机；PID算法一、介绍寻迹智能车是一个传感器，机器视觉，信号处理，自动控制等技术为一体的新技术。
它的背景是飞思卡尔杯智能大学汽车赛。
根据比赛的要求，寻迹智能车需识用别跟踪，搜索和自动驱动来尽快的跑完一圈。
寻迹智能车采用高电流的脉冲发射激光传感器检测引导线和收集跟踪信息。
通过对传感器的数据收集和处理，MCU控制前轮转向和直流电动机控制后轮驱动寻迹智能车，则车可以跟踪路径和驱动快。
在没有外部因素的干扰的前提下，激光传感器的路径信息越远，对寻迹智能车的预测效果越好。
一个简单的工作框图如图1所示。
图1寻迹智能车的简单运行图二、寻迹智能车系统的组织结构和工作原理该系统的稳定运行是在飞思卡尔16单片机MC9S12XS128的控制之下。
系统的结构图如图2所示的系统，主要包括激光发射和接收模块，速度编码器模块，电机驱动电路模块与伺服驱动模块。
图2系统结构框图寻迹智能车的工作原理：单片机控制激光发射管发射激光，接收管接收来自轨道的激光反射。
微芯片内的AID转换器收集接收管内的电压数据。
由于从白色轨道和黑色引导线的反射激光的强度是完全不同的，在MCU可以根据这些数据判断智能车离中央导向线的距离多远。
寻迹智能车系统中光电传感器的应用
寻迹智能车系统中光电传感器的应用摘要在寻迹智能车系统中,光电传感器的选用十分重要,特别是要求能够在高速运行条件下达到稳定状态的系统中,其重要性更为突出。
经过反复实验验证,在系统达到稳定的前提下,一般的光敏三极管,如国产3DU系列,对路面反射光信号的检测距离在15cm左右。
激光传感器对路面反射光信号的检测距离可以达到90cm。
关键词光电传感器;检测距离;前瞻性;寻迹智能车在自动寻迹智能车系统中,光电传感器的选用是一个至关重要的问题。
现在有很多智能车竞赛都是要求能够完成自动寻迹,如:“飞思卡”杯智能车比赛、瑞萨车模比赛和2003年全国大学生电子设计竞赛“简易智能电动车”等。
自动寻迹主要是要求系统能够辨别出路面的差异,一般是对黑色和白色进行辨别。
由于不同颜色的反射率不同,产生强度不同的光信号。
采用相应的光电传感器就可以对信号做出正确的判断。
本文主要讨论三种不同特性的光电传感器对智能车系统的影响,以及它们的优缺点。
1系统概述寻迹智能车主要包括:光电传感器,用于检测路面信息,将光信号转化为电信号;单片机,单片机的选择范围比较广泛,但也有一些比赛中指定了具体的型号。
其主要作用是对光电传感器采集的信号进行判断处理,控制整个系统的运行;车模,主要包括驱动电机、转向舵机;电源模块提供光电传感器、单片机和电机的电源。
整个系统的工作原理为:光电传感器能够检测到路面反射光信号的强弱。
因为寻迹智能车路面一般采用白色为背景,上面铺有黑色的条带。
采用数量合适的光电传感器就可以检测出路面各个位置的光信号强度,并将其转化为相应的电信号。
将光电传感器输出的电信号送入单片机进行处理,判断出当前车模的位置信息,进而单片机发出控制信号控制驱动电机以及舵机做出相应的动作使车模沿着黑色条带运行。
由此可见,光电传感器就是智能车的“眼睛”。
2几种光电传感器的工作原理与调试结果2.1发射—接收一体器件,光耦合器这种光电传感器的型号有很多,如ST188、TCRT5000等。
基于激光传感器的智能车循迹系统
本科生毕业论文（设计）题目： 基于激光传感器的智能车循迹系统学 部 信息科学与工程学部学科门类 工学专 业 电气工程及自动化学 号姓 名指导教师2013年5月16日装订线 河北大学工商学院基于激光传感器的智能车循迹系统摘要智能汽车是未来汽车发展的趋势，它体现了自动控制、人工智能、传感技术、机械技术、计算机技术等多个学科领域理论技术的交叉和综合。
本文介绍了基于激光传感器的智能车循迹系统的设计过程及主要的控制算法。
智能车控制系统的基本要求是在稳定性的基础上使其获得较快的速度。
而智能车系统的方向控制及速度控制的配合控制是一个至关重要的因素。
智能车软件设计是用Freescale 公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
通过激光传感器进行赛道信息的采集，利用小车携带的单片机对信息进行处理，得到小车与中心引导线的误差数据，通过PID控制算法，得到小车舵机的偏转角度和电机转速控制参数，用来控制小车完成对中心线的跟踪。
智能车硬件系统以MC9S12XS128单片机作为主控制器，采用15只激光管和5只接收管作为信号采集传感器。
电机驱动采取H桥驱动电路，并用欧姆龙500线编码器进行了速度采集。
关键词：激光传感器；MC9S12XS128单片机；PID；智能车；飞思卡尔The Intelligent Car Tracking System Based on Laser SensorABSTRACTSmart cars are the future trends in vehicle development, It embodies the automatic control, artificial Intelligence, sensing technology, mechanical technology, computer technology and other technical disciplines theory and integrated cross. This article describes the design process based on laser detection of intelligent vehicle systems and main control algorithms of the systems. Intelligent vehicle control system is the basic requirement in the stability on the basis of which has better rapidity. While the steering system and speed the implementation of system coordination control is one of the main factors. Design of intelligent vehicle system is to use Freescale's Codewarrior software as the download software development and simulation platform. Track information by laser sensor acquisition, use the car carrying the MCU for processing information, get the error data trolley and the center guide lines, through the PID control algorithm, get car steering deflection angle and motor speed control parameters, is used to control the small car to the track center line.Intelligent vehicle system with MC9S12XS128 MCU as the main controller, uses 15 laser tubes and 5 receiving tube as the signal acquisition sensor. Motor driven by H bridge driver circuit, and OMRON 500 line encoder uses for speed acquisition.Keywords: laser sensor；MC9S12XS128 microcontroller；PID；Intelligent car system目录1引言 (1)1.1课题研究目的与意义 (1)1.2智能车在国内外的发展状况 (1)1.3智能车设计的主要内容 (1)2智能车总体结构设计 (3)2.1智能车系统的基本结构组成 (3)2.2智能车主控模块的组成及原理 (3)2.3智能车传感器模块的组成及原理 (5)2.4智能车电源模块的组成及原理 (8)2.5智能车执行模块的组成及原理 (8)3智能车硬件电路设计 (11)3.1智能车最小系统模块 (11)3.2智能车电源管理模块 (12)3.3智能车电机驱动模块 (13)3.4智能车激光传感器模块 (14)4智能车的机械设计 (17)4.1系统机械结构设计 (17)4.2转向舵机的安装 (17)4.3对前轮的调整 (17)4.4重量和重心的调整 (19)4.5 差速的调整 (19)5智能车系统软件设计 (20)5.1智能车系统软件结构流程图 (20)5.2智能车信号采集及滤波 (21)5.3速度与角度的配合控制算法 (26)5.3.1经典PID控制算法介绍 (26)5.3.2基于角度控制的分段P控制算法 (27)5.3.3基于速度控制的分段PID控制算法 (28)5.4智能车路径识别控制 (28)5.5智能车停车保护控制 (29)6结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1 引言1.1 课题研究目的与意义随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，人口的急剧增长，从而使得汽车使用率大大提高。
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。
基于光电传感器的智能车自动寻迹系统设计
ｐｌｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ ｏｖｅｒａｌｌ ａｒｒａｎｇｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｐａｃｅ ｏｎ ｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｔｒａｃｅ
ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｔｒａｃｉｎｇ；ｐａｔｈ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ
图 ３ 智 能 车 系 统 的 组 成
智能车的主控制器采用飞思卡尔半导体公司生 产的 １６ 位 微 控 制 器 ＭＣ９Ｓ１２ＤＧｌ２８，其 具 有 高 度 的 功能集成，易于扩 展，低 电 压 检 测 复 位，看 门 狗 计 数 器，低电压低功耗，自带 ＰＷＭ 输出等功能 。 ［４］ 系统 Ｉ／Ｏ 口具体分配：ＰＡ０～ＰＡ７及 ＰＢ０～ＰＢ２ 共１１ 位 用于 小 车 前 面 路 径 识 别 的 输 入 口；ＰＡＣＮＯ 用 于 车 速检 测 的 输 入 口；ＰＷＭ０１ 用 于 伺 服 舵 机 的 ＰＷＭ 控制信号输出；ＰＷＭ２３、ＰＷＭ４５ 用 于 驱 动 电 机 的 ＰＷＭ 控制信号输出。
９４０
压 电 与 声 光
２０１１ 年
１ 红 外 光 电 传 感 器 寻 迹 原 理
光电传感器按检测方式通常分为对射式和反射 式 ，反 射 式 光 电 传 感 器 的 光 源 有 多 种 ，常 见 的 有 红 外 发 光 二 极 管 、普 通 发 光 二 极 管 和 激 光 二 极 管 ，前 两 种 光源易受外界光源 的 干 扰，而 激 光 二 极 管 发 出 的 光 的 频 率 较 集 中 ，传 感 器 只 接 收 很 窄 的 频 率 范 围 信 号 ， 不易被干扰，但 价 格 高。 红 外 反 射 式 光 电 传 感 器 工 作时会受多种不确 定 因 素 的 影 响，如 反 射 表 面 的 形 状、颜色、光 洁 度，日 光 等，因 此，为 提 高 系 统 的 可 靠 性和准确性，通常是 将 发 射 信 号 经 调 制 后 送 红 外 管 发射，再由光敏 管 接 收 调 制 的 红 外 信 号。 接 收 的 反 射 光 强 度 经 检 测 电 路 转 换 得 到 的 输 出 信 号 电 压 Ｖｏｕｔ 是反射面与传感器 间 距 ｘ 的 函 数，当 反 射 面 物 质 为 同种物质 时，ｘ 与 Ｖｏｕｔ的 响 应 曲 线 是 非 线 性 的 ， ［２－３］ 如图１所示，设定输 出 电 压 达 到 某 一 阈 值 时 作 为 目 标 ，不 同 的 目 标 距 离 阈 值 电 压 是 不 同 的 。
基于激光传感器的智能车路径识别系统设计
基于激光传感器的智能车路径识别系统设计罗强;徐文城;刘尧【摘要】The self - tracking intelligent vehicle path identification system is achieved in this paper. The system is based on laser sensors. The hardware and algorithm of the system is designed in this paper. The capability of Previem and Immunity of the Intelligent Vehicle is improved. Experiment shows that this system is much more stable and accurate, can make the Intelligent Vehicle run steadily by 2. 7m/s . By using the system, we have a better result in the race.%实现了一种自主式循迹智能车路径识别系统,设计了基于激光传感器的路径识别系统的硬件和控制算法,提高了光电式智能车的前瞻和抗干扰能力.实践表明,具有较高的稳定性和准确性,可使智能车以2.7 m/s的平均速度稳定运行,已在竞赛中取得了良好的成绩.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2012(034)005【总页数】3页(P88-90)【关键词】智能车;激光传感器;激光调频;路径识别;赛道预测【作者】罗强;徐文城;刘尧【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TP2720 引言本文的背景是“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛，大赛要求实现智能车对赛道自主识别和循迹。
基于光电传感器的智能车寻迹方法研究
, ,
介
月 采集路径
朱 〔 〕 益斌 胡学龙 朱亚 锋 等 自主式 寻迹机器人 小车的设
, , ,
信息 系统初始化
计算智能 车位且信息
计〔 国外电子 侧 航天 大学 出版社
, , ,
技术
,
,
企
【 宗光华 机器人 的创 意设 计与实践
北 〕 京 北京 航 空
中断使能
巴 舵初 运算
驭动电机间 接 】 运算
, ,
这
主要 是 因为传感器 感 知 车体前方的距 离较近 影响 了智能
车 的预侧 性能
系 统主 程 序 流程 图 如 图 所示
。
。
为了能早 一 步 了解到前方 赛道 的情 况 可
。
系 统初 始化包 括 系
以采用带倾角 的传感器 安装方 式
,
但倾角 不 能过 大 否 则
,
、 。
统时钟设置 各
初 始值设 置 等 置为
己
月 年日 己 卷 第日 期 第
转 左 转 右转 行驶 时的极限驱 动 电机 控制量 , 常量
则 分别为智能 车右 转 左 转
、 、
、
导线
。
经 测试 智能车在直道上 可 以 达到很 高的速 度和祖
,
左 转 右转 时 的舵 机极
定性 而 在通过
,
“
型 弯道时 速 度较 慢且 易 冲 出赛道
,
。
具 体过程是 在根据
一
,
算式计 算
,
号差 信号不强 离 地 面过 近 会 导 致 反 射 角度太大 加 剧 光 漫射干 扰的影 响 故 应 适 当 以 保 证 传感 器 具 有 最 佳 的
基于光电传感器寻迹智能车的研究
摘要随着近年来，智能化交通工具被广泛使用，智能汽车的设计和开发，将从根本上改变现有汽车的信息采集处理、数据交换、行车导航与定位、车辆控制的技术方案与体系结构。
本文提出并设计了一种基于Freescale公司HCS12单片机系列设计的无人控制式智能车系统模型，主要论述了采用MC9SXS128单片机控制，通过光电效应识别有黑色引导线，白色路径的道路方案，能够过最小曲率半径50厘米的小弯，同时采取减速策略，同时在过波浪弯的情况下，使车尽可能的稳定，智能识别十字交叉黑线，在直道上采用加速策略。
全文由制作智能车的背景概述、硬件电路的设计、机械的调整、软件的设计四部分组成。
介绍了系统的开发背景、单片机技术、光电检测技术；综合论述了系统的要求和功能设计，并给出了系统整体构架；对主要硬件电路系统进行了电路原理图的设计，通过数据线连接单片机系统，对其进行指令控制，并设计软件的流程框图，用C语言编程。
并论述了传感器在当今智能系统中所承担的重要地位。
系统的制作过程中主要利用MC9SXS128的强大功能，如多级中断，计数器实用，多通道PWM调制，锁相环超频工作灯功能。
该设计具有一定的实用性与前瞻性，基于目前社会对于智能化的迫切需求，家用汽车将来的发展趋势也将越来越趋向智能化，无人驾驶将会不再是梦想。
关键字：智能车；MC9SXS128；光电检测；路径识别；PWM调制；C语言编程The Resarch Based On Photoelectric SensorOf Tracking Intelligent CarABSTRACTFrom the beginning of these year, intelligent transportation is widely used, the design and development of intelligent vehicle will fundamentally change the existing the technology solutions and system structure of car from information collection processing, data exchange, traffic navigation and positioning, vehicle control .This thesis put forword and design a microcontroller of unmanned intelligent vehicle system model based on Freescale company HCS12 family design , mainly discusses the intelligent car which takes control of MC9SXS128 MCU control through the photoelectric identification of road system of the black guide lines and the white path. The intelligent car can make a least curvature of minimumcurvature radius of 50 cm while taking the slow strategy which can make the car as steadily as possible.It also take the intelligent identification of crossed black lines and make accelerated strategy on the straight path.The whole passage have four parts——an background of intelligent vehicle,the hardware circuit design, the mechanical adjustment and software design. The thesis introduces the background of the system development,microcontroller technology,photoelectric detection,mainly discussing the system requirements and functional design,also giving the overall system architecture. The design includes the circuit design of main hardware circuit system and through the cablesystem via MCU system it take control of the car by orders based on the block diagram design software with C language programming. The thesis discusses the important positon of intelligent sensor systems today.The producion process of system mainly uses MC9SXS128 powerful function, such as multi-level interrupts, counters and practical, multi-channel PWM modulation, phase-locked loop overclocking features working lights.The program has some of the practical and forward-looking, intelligent, it is based on the current urgent need for intelligent. And I will surely believe in the near future family car will become more and more intelligent, unmanned vehicle will be no longer a dream.Key words: intelligent car ; MC9SXS128;photoelectric detecting;tracking; PWM control; programming by C第1章综述汽车工业发展已有100多年的历史。
基于激光传感器的智能循迹小车设计
基于激光传感器的智能循迹小车设计作者：朱丹来源：《电子技术与软件工程》2016年第22期摘要本文介绍了基于激光传感器作为路径识别装置的智能循迹小车的设计，本系统选取激光传感器作为路径信息采集装置，以飞思卡尔两片8位单片机MC9S08DZ60作为系统的控制核心，介绍了基于激光传感器的数据处理与算法设计，并在CodeWarrior6.0开发环境上采用C语言进行了软件编程和仿真，最后经过实际场地调试和多次系统的改进，提高了小车识别系统的前瞻性和准确度，从而达到了提高小车运行速度和稳定性的目的。
【关键词】智能循迹小车激光传感器数据处理随着自动化水平的不断提高以及工厂自动化的普及，人们对对智能化的要求也越来越高，智能化涵盖的区域也在不断的扩大，特别是在汽车的应用上。
1 系统整体设计智能小车系统主要包括MCU控制模块、路径采集模块、速度控制模块、电源模块等。
系统以2片freescale公司的8位单片机MC9S08DZ60为控制核心，使用激光传感器作为路径识别模块的核心，为小车提供路径的实时信息，第一片单片机对采集到的路径信息进行分析后，控制舵机让小车转向；第二片单片机通过对已收集到的赛道信息进行分析，通过PID算法对小车速度进行调整，以实现直道加速，弯道减速的效果，使小车的速度达到最快。
2 系统硬件设计智能小车系统使用的微控制器是Freescale公司推出的HCS08系列单片机中具有增强型的8位单片机MC9S08DZ60，该系列单片机在汽车电子领域有着广泛的应用。
HCS08系列单片机的中央处理器CPU08由以下三个部分组成：算术逻辑单元ALU，控制单元和寄存器组。
CPU 外部总线频率为4MHZ或者8MHZ，通过内部锁相环（PLL），可以使内部时钟频率达到20MHZ。
它有 12种寻址方式，64KB flash，4KRAM，外围包括24通道12位精度的ADC，8通道的PWM模块，2个SPI模块和2个SCI模块，性能优越，完全可以满足小车系统的运行。
基于光电传感器的智能小车循迹模块设计
【注】本课程设计既可以作为传感器课程设计也可以作为单片机课程设计，只需稍加修改偏向课程设计报告书课程名称：题目：基于光电传感器的智能小车寻迹模块设计系（院）：学期：专业班级：姓名：学号：目录一、设计目的 (1)二、题目的具体设计要求 (1)三、系统的总体实现原理、方案设计 (1)1.国内外发展现状 (1)2.文献综述 (1)3.系统的总体实现原理 (2)4.总体方案设计 (2)4.1主控模块选用方案对比 (2)4.2传感器选用方案对比 (3)4.3传感器的安装方案对比 (3)四、传感器选用 (4)1.选用型号及特点 (4)2.内部结构及工作原理 (4)3.传感器工作电路设计及说明 (5)五、其它各部分单元电路设计 (6)1.控制模块 (6)2.电源模块 (7)3.电机及驱动模块 (7)3.1电机 (7)3.2驱动 (7)六、系统总电路原理图(见附录三) (9)1.系统总体说明 (9)2.软件设计 (10)2.1小车循迹流程图 (10)2.2中断程序流程图 (11)七、仿真与调试（见附录四） (11)八、总结与心得体会 (12)参考文献 (12)附录一：元器件清单 (13)附录二：单片机测试程序 (13)附录三：系统总电路原理图 (15)附录四：Proteus原理仿真图 (16)1.直行 (17)2.二级右转 (18)3.二级左转 (19)智能小车寻迹模块设计报告一、设计目的1. 能较全面地巩固和应用“传感器及检测技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。
2. 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。
进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。
4. 培养书写综合设计报告的能力。
二、题目的具体设计要求1.设计一个基于光电传感器的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色轨迹行驶。
基于光电传感器寻迹智能车
光电传感器在智能车中的应用
光电传感器在智能车中主要用于寻迹 和障碍物检测。通过在智能车的前后 左右安装光电传感器，可以检测智能 车与赛道或障碍物的相对位置，从而 实现智能车的自动寻迹和避障功能。
VS
光电传感器的选择需要考虑智能车的 运动特性、赛道材质和光照条件等因 素。例如，在赛道材质为黑色且光照 条件较好的情况下，可以选择对黑色 反射率较高的光电传感器；在赛道材 质为白色且光照条件较差的情况下， 可以选择对白色反射率较高的光电传 感器。
实验结果图像
通过图表和曲线等形式，展示了智能车的运动轨迹和速度变化等信息。
结果分析
数据分析方法
对采集的数据进行统计分析，计 算智能车的平均速度、方向变化 等指标。
结果分析
通过对比不同实验条件下的数据 ，分析光电传感器对智能车寻迹 的影响，以及智能车的运动性能 表现。
结论总结
根据实验结果和分析，总结出基 于光电传感器寻迹智能车的优缺 点，并提出改进建议。
研究意义
基于光电传感器的寻迹智能车，不仅 提高了车辆的自主导航能力，还为无 人驾驶技术的发展提供了有力支持。
国内外研究现状
国内研究现状
国内在基于光电传感器的寻迹智能车方面，已有一定的研究基础。部分高校和 科研机构已取得了一定的研究成果，但在实际应用中仍存在一些问题。
国外研究现状
国外在智能车领域的研究起步较早，技术相对成熟。许多知名企业和研究机构 都在积极投入资源进行相关研究，并已有部分产品进入市场。
对采集到的数据进行预 处理、滤波、特征提取 等操作，提取出有用的 信息，为控制算法提供 输入。
根据数据处理模块提供 的输入，计算出控制指 令，实现对智能车的运 动控制。控制算法可以 采用PID控制、模糊控制 等。
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本科生毕业论文（设计）题目： 基于激光传感器的智能车循迹系统学 部 信息科学与工程学部学科门类 工学专 业 电气工程及自动化学 号姓 名指导教师2013年5月16日装订线 河北大学工商学院基于激光传感器的智能车循迹系统摘要智能汽车是未来汽车发展的趋势，它体现了自动控制、人工智能、传感技术、机械技术、计算机技术等多个学科领域理论技术的交叉和综合。
本文介绍了基于激光传感器的智能车循迹系统的设计过程及主要的控制算法。
智能车控制系统的基本要求是在稳定性的基础上使其获得较快的速度。
而智能车系统的方向控制及速度控制的配合控制是一个至关重要的因素。
智能车软件设计是用Freescale 公司的Codewarrior软件作为软件开发和仿真下载的平台。
通过激光传感器进行赛道信息的采集，利用小车携带的单片机对信息进行处理，得到小车与中心引导线的误差数据，通过PID控制算法，得到小车舵机的偏转角度和电机转速控制参数，用来控制小车完成对中心线的跟踪。
智能车硬件系统以MC9S12XS128单片机作为主控制器，采用15只激光管和5只接收管作为信号采集传感器。
电机驱动采取H桥驱动电路，并用欧姆龙500线编码器进行了速度采集。
关键词：激光传感器；MC9S12XS128单片机；PID；智能车；飞思卡尔The Intelligent Car Tracking System Based on Laser SensorABSTRACTSmart cars are the future trends in vehicle development, It embodies the automatic control, artificial Intelligence, sensing technology, mechanical technology, computer technology and other technical disciplines theory and integrated cross. This article describes the design process based on laser detection of intelligent vehicle systems and main control algorithms of the systems. Intelligent vehicle control system is the basic requirement in the stability on the basis of which has better rapidity. While the steering system and speed the implementation of system coordination control is one of the main factors. Design of intelligent vehicle system is to use Freescale's Codewarrior software as the download software development and simulation platform. Track information by laser sensor acquisition, use the car carrying the MCU for processing information, get the error data trolley and the center guide lines, through the PID control algorithm, get car steering deflection angle and motor speed control parameters, is used to control the small car to the track center line.Intelligent vehicle system with MC9S12XS128 MCU as the main controller, uses 15 laser tubes and 5 receiving tube as the signal acquisition sensor. Motor driven by H bridge driver circuit, and OMRON 500 line encoder uses for speed acquisition.Keywords: laser sensor；MC9S12XS128 microcontroller；PID；Intelligent car system目录1引言 (1)1.1课题研究目的与意义 (1)1.2智能车在国内外的发展状况 (1)1.3智能车设计的主要内容 (1)2智能车总体结构设计 (3)2.1智能车系统的基本结构组成 (3)2.2智能车主控模块的组成及原理 (3)2.3智能车传感器模块的组成及原理 (5)2.4智能车电源模块的组成及原理 (8)2.5智能车执行模块的组成及原理 (8)3智能车硬件电路设计 (11)3.1智能车最小系统模块 (11)3.2智能车电源管理模块 (12)3.3智能车电机驱动模块 (13)3.4智能车激光传感器模块 (14)4智能车的机械设计 (17)4.1系统机械结构设计 (17)4.2转向舵机的安装 (17)4.3对前轮的调整 (17)4.4重量和重心的调整 (19)4.5 差速的调整 (19)5智能车系统软件设计 (20)5.1智能车系统软件结构流程图 (20)5.2智能车信号采集及滤波 (21)5.3速度与角度的配合控制算法 (26)5.3.1经典PID控制算法介绍 (26)5.3.2基于角度控制的分段P控制算法 (27)5.3.3基于速度控制的分段PID控制算法 (28)5.4智能车路径识别控制 (28)5.5智能车停车保护控制 (29)6结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1 引言1.1 课题研究目的与意义随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，人口的急剧增长，从而使得汽车使用率大大提高。
家庭汽车数量剧增，对道路安全和驾驶安全的要求更高。
交通事故的不断发生，交通压力日益显著。
因此自动驾驶智能车的研究成为时代发展的需求。
本课题的选取正是源于这种现状。
本课题将以MC9S12XS128单片机作为主控制器，以激光传感器作为信号采集系统，设计自动寻线智能车系统，使智能车系统能在黑线引导的轨迹道路上实现路径的识别与自动行驶。
智能小车自动行驶的研究将有助于真正智能车辆的研究。
智能车自动驾驶汽车技术一旦成熟，它给人类带来的好处是非常重大的。
它不仅可以缓解我国这种交通压力，而且会极大地降低交通事故事件。
从而解决了驾驶员疲劳驾驶和酒后驾驶等人为因素所照成的交通事故。
更重更要的智能驾驶汽车可以运用于那些人类无法工作的环境之中。
例如在充满瓦斯的煤矿井下工作。
智能车还应用于太空的远程服务和探测，美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器，实质上都是装备先进的智能车辆。
因此，随着生产力的不断发展，研究智能车的实际意义和取得的价值都非常重大。
1.2 智能车在国内外的发展状况[1]我国在无人驾驶汽车研究方面比国外稍晚一些。
国防科技大学率先开始对这项技术进行研究。
1989年我国首辆智能小车诞生于国防科技大学。
经过十多年的研究探索，我国实现了无人驾驶的实车试验，智能车驾驶技术达到了国际先进水平。
我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。
预计在2020年之前进入智能交通发展的成熟期人、车、路之间可以形成稳定和谐的智能型整体。
国外智能车辆的研究历史较长，智能车辆的研究始于20世纪50年代初的美国Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统。
智能车辆的发展历程大体可以分成四个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。
第二阶段：从80年代中后期开始，欧洲主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了系统，深入，大规模研究阶段。
第四阶段：进入21世纪以来，智能车辆研究朝着智能移动机器平台发展并成功应用到其他科学领域。
1.3 智能车设计的主要内容[2]智能车控制系统的设计主要包含四个部分：传感器模块、主控模块、电源模块、执行模块。
其中传感器模块利用激光传感器采集道路信息，利用光电编码器测小车的速度。
主控模块由MC9S12XS128单片机完成对采集的信息处理并控制执行机构动作。
电源模块为整个智能车提供电源。
执行模块由电机和舵机完成。
智能车系统设计的主要思路是通过由激光管制作成的激光传感器来采集路面的信息，并采用舵机摇头方案，从而保证激光传感器始终围绕黑线转动，控制系统不出现丢线情况。
然后将激光传感器采集的数字信号送给MC9S12XS128单片机，单片机经过数据处理判断出当前智能车的位置，然后通过一定的控制算法向转向系统发出指令，使舵机转动一个合适的角度。
同时，单片机通过给定不同占空比的PWM信号给电机一个合适的速度，保证智能车稳定快速的行驶。
2 智能车总体结构设计2.1 智能车系统的基本机构组成智能车系统构成如图2-1所示。
主要由电路部分、软件部分、机械部分、辅助部分构成。
图2-1 智能车系统构成图2.2 智能车主控模块的组成及原理作为整个智能车的“大脑”，主控模块包括信息处理和控制模块，其核心是MCU，即MC9S12XS128单片机。
单片机通过将激光传感器传输过来的信号进行滤波处理并分析激光管的状态，来判断智能车当前的位置，然后根据智能车的位置结合角度速度控制算法，最终给舵机和电机合适的PWM信号，从而驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。
所使用的MC9S12XS128是飞思卡尔公司推出的S12系列单片机中的一种。
片内资源丰富，接口模块包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽车电子应用领域有广泛的用途。
其中片内资源有8K RAM、128K Flash；脉宽调制及PWM模块可以设置为4路8位或者2路16位输出。
可配置8位，10位或12位模数转换器（ADC）转换时间3us。
该芯片在汽车电子、工业控制、中高档电机产品等领域具有广泛的用途，我们所使用的为80pin封装。
封装引脚图如图2-2所示。
MC9S12XS128单片机主要特性如下[3]：● 64KB、128KB 和256KB 闪存选项，均带有错误代码纠错功能（ECC）。