智能车实验报告

宁波大学

创新性开放实验报告题目基于光电传感器的自动寻迹小车

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光电感应智能车................................................................................................ 错误!未定义书签。

一、硬件系统…………………………………………………………………………………错误!未定义书签。

（一)硬件框图 (3)

1、电源模块 (4)

2、寻迹模块 (4)

3、驱动模块 (5)

4、测速模块 (6)

二、软件系统 (7)

（一）主程序流程图 (7)

1、电机驱动 (8)

2、舵机驱动 (10)

参考文献 (13)

光电感应自动寻迹智能车

【摘要】如果把自动寻迹小车成比例的扩大数倍，就成为真正有意义上的智能车，可以运用于军事、民用领域，对未来汽车行业的发展有一定的借鉴意义。通过光电传感器来寻找轨迹，以所编写的程序为软件支持，通过单片机计算生成相应的控制参数，驱动电机来使小车按照轨迹运动。其中小车在直线行驶过程控制参数保持不变，匀速行驶，而在小车要转弯之前则要先减速以防止小车过弯时冲出赛道，弯道过去之后在加速行驶以减少行驶时间。

【关键词】红外传感器；PID控制；自动寻迹

一、硬件系统

（一）智能小车的整体结构图

智能车通过单片机来接受和发出参数状态信号，电源模块是给智能车各个模块提供电压以使模块可以正常运作，寻迹模块则是包含着参数输送给单片机的作用，驱动模块是小车动起来的根源，测速模块是为了控制车速以使智能车平稳的沿着车道运行。

1、电源模块

在“飞思卡尔”比赛中，比赛方提供的是智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 供电，但是在单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，直流电机可以使用7.2V 蓄电池直接供电，我们采用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596）两大类。对于单片机，选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。

电源电路图：

2、寻迹模块

寻迹模块是智能车系统的关键模块之一，所寻找的路径的好坏，将直接影响竞赛的结果，我们采用的是光电传感器来寻找路径，光电传感器具有电路简单、信号处理速度快等特点。因为在赛道中由黑色轨迹线和大面积的白色区域组成，则会使发光二极管发射的光线强度不同，从而使接受到的光线强度不同，以此来指示小车前进。

红外传感器电路图：

3、驱动模块

电机驱动电路可以用MOS管搭建H桥驱动电路。采用MOS管构成的H桥电路，控制直流电机紧急制动。用单片机控制MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于MOS管工作在饱和截止状态，而且还可以选择阻很小的MOS管，所以效率可以非常高，并且H桥电路可以快速实现转速和方向控制。MOS管开关速度高，所以非常适合采用PWM调制技术。所以我们选择了用MOS管搭建H桥驱动电路。

电机正转电路：

电机驱动电路：

4、测速模块

在比赛中常用霍尔传感器来测速。如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将

产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为U=k，d为薄片厚度，k为霍尔系数，通过对一定时间脉冲信号数量的捕捉可以计算出车轮的速度。

霍尔传感器的电路图：

二、软件系统

系统主程序流程图

开始

系统初始化

定时器开始

寻迹模块工作

驱动电机工作

舵机工作

定时中断否

速度采样

1、电机驱动

因为智能车在赛道上的路径不是一条直线，它是存在弯道的，所以让小车以个加速度均匀的行驶是难以实现的，在此，我们采用在弯道里速度慢一些以保证稳定性，在直道上速度快一些以减少整体行驶时间。在软件上的计算方法采用PID控制。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型是我们选择的原因。

算法：u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]

在实验中为提高精确度，选择积分分离PID算法，即当速度误差较大时选择PD控制，可避免大的超调，又使系统有较快的相应，当速度误差较小时选择PID控制，可保证控制精度。u(k)=kpe(k)+bT i∑e（j）+T d*[e(k)-e(k-1)] b=1或0

e（k）是当前给定速度和测量速度的偏差，e（k-1）是上次的偏差。

PID控制程序：

#include

#include "global_varible.h"

void PID_Math(void)

{

signed long ee1; //偏差一阶

//signed long ee2; //偏差二阶

signed long d_out; //积分输出

if(!Flag_PID_T_OK)

return;

Flag_PID_T_OK=0;

Temp_Set=3700; //温度控制设定值37.00度

PID_e0 = Temp_Set-Temp_Now; //本次偏差

ee1 = PID_e0-PID_e1; //计算一阶偏差

//ee2 = PID_e0-2*PID_e1+PID_e2; //计算二阶偏差

if(ee1 > 500) //一阶偏差的限制围