基于光电导航的智能移动测量小车
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。
第四届光电设计大赛_智能光电小车_作品报告_
竞赛题目: 基于光电导航的智能移动测量小车学生姓名：指导教师：决赛编号：引言全国大学生光电设计竞赛由中国光学学会主办，目前已成功举办三届。
竞赛意旨促进光电知识的普及，加强大学生实践、创新能力和团队精神的锻炼与培养，促进高等教育改革。
其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。
光电导航的智能移动测量小车系统，由微控制器、电源管理单元、路径识别电路、舵机控制单元、小树计数电路、隧道长度测量单元和直流驱动电机控制单元组成。
本系统以STC12C5A16S2单片机为控制核心，并采用Keil uVision4软件编程。
运用红外发射接收对管对道路信息进行采集，并采用PWM技术来控制舵机的转向和电机转速，并且能够同时实现隧道长度测量值和小树数目检测值的显示功能。
各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑转弯的效果。
在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。
可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。
在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。
1.智能移动测量小车系统总体设计1.1、路径识别传感器的选定路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此，选定白线识别传感器模块是总体方案确立的首要步骤。
我们使用光电发射接收管来检测白线：光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和深绿色平面反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出白线相对小车的位置。
这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。
1.2、系统总体设计及框图光电导航的智能移动测量小车系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。
一种基于光电导航的智能循迹测量小车设计与实现
信息化工业科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald3DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.08.003一种基于光电导航的智能循迹测量小车设计与实现①李龙 吕宏 蔡新展 郭胜飞(西安工业大学光电工程学院 陕西西安 710021)摘 要：基于MC9S12XS128型号单片机设计出一种能够自主循迹的智能车，分析设计了路径识别算法，并在小车行走过程中利用线阵CCD摄像头以及激光传感器模块作为信息检测元件，测量、记录了沿途所通过隧道的长度。
研究表明，将3个激光传感器等间距并行安装，根据单脉冲车体行走的实际距离，求出摩擦系数，可有效提高隧道测量精度。
关键词：光电导航 单片机 智能寻迹 测量中图分类号：P24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)03(b)-0003-02①基金项目：本文为西安工业大学2017年国家级大创项目(项目编号:201710702012)；西安工业大学教学改革研究项目(17JGZ02) 阶段性成果。
随着现代信息社会快速的发展，智能化已经成为人们生活中必不可少的部分，车辆智能化更是汽车工业今后的发展趋势。
智能汽车作为一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合高新科技系统，集中应用了计算机技术、现代传感技术、图像识别技术、人工智能以及自动化等技术。
同时，随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的快速发展，以及包括人工神经网络技术等新控制技术的出现和发展，智能车的研究也会随之进一步得到发展，如何将理论与实践很好地结合起来，是我们需要探索的问题[1-4]。
我们基于MC9S12XS128型号单片机设计出一种能够自主循迹的智能车，分析并设计了路径识别的算法，并在小车行走过程中利用线阵CCD摄像头以及激光传感器模块作为信息检测元件，测量、记录了沿途所通过隧道的长度。
设计主要包括以下研究内容：基于线性CCD图像采集与处理,激光传感器的原理及应用,编码器与定时器的原理及应用,智能小车模块整合,智能小车车体结构改装等[5,6]。
基于光电导航的智能移动测量小车
基于光电导航的智能移动测量小车1. 驱动轮前轮亦为驱动轮, 其决定小车能否灵活拐弯的关键部分。
这辆小车和汽车不同，不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。
小车的两前轮是靠舵机进行驱动的。
通过两路PWM波实现对其的控制。
只要调整PWM 波的占空比即可控制舵机的转速。
当小车左轮的速度高于右轮时，小车右转弯；反之，当小车右轮的速度高于左轮时，小车左转弯。
小车后轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以忽略不记。
所以它可以自由偏移，而不影响小车的转向.2 舵机舵机是一种位置伺服的驱动器。
它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。
电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源•电压通常介于4〜6V, —般取5V。
注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms（即频率为50 Hz）。
当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比3反射式红外传感器反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。
检测距离可调整范围为4- 15mm采用非接触检测方式。
反射式红外传感器中包含一个发射器LED和一个光探测器（光敏二极管/光敏三极管）。
着两个元件被圭寸装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。
LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。
图1.4是反射式红外传感器的工作原理图。
封装在矩形壳体中的是发射器LED（由左侧的白色方块表示）和探测器装置（在右侧）。
虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这一光强就是传感器的输出值。
如图所示，选通信号（高电平）经过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C脚输出高电平；否则输出为低电平反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出 的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及 被探测物体的反射率等。
基于光电传感器自动循迹小车设计
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展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〕控制电机和舵机以到达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构造的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。
经过屡次反复的测试，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 distinguishthe 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 (2)1.2.1总体设计 (2)1.2.2传感器设计方案 (2)1.2.3控制算法设计方案 (6)第二章机械构造设计 (7)2.1前轮倾角的调整 (7)2.2齿轮传动机构调整 (8)2.3后轮差速机构调整 (8)2.4红外传感器的固定 (9)2.5小车重心的调整 (9)2.6齿轮啮合间隙的调整 (10)第三章硬件电路的设计 (11)3.1系统硬件概述 (11)3.2电源模块的设计 (12)3.2.1 LM2940供电电路 (14)3.2.2 LM2596供电电路 (16)3.3电机驱动模块 (18)3.3.1模块介绍 (18)3.3.2使用说明 (18)3.3.3电压电流测试结果 (20)3.4舵机控制模块 (22)3.5路径识别模块 (23)3.7单片机模块的设计 (26)3.8硬件电路局部总结 (27)第四章软件系统设计 (28)4.1智能车控制算法监测平台 (28)4.2主程序流程图 (29)4.3系统的模块化构造 (30)4.3.1时钟初始化 (30)4.3.2串口初始化 (30)4.3.3 PWM初始化 (32)4.4中断处理流程 (34)4.5小车控制算法 (34)4.5.1舵机控制 (36)4.5.2速度控制 (37)4.6坡道的处理 (40)4.7弯道策略分析 (40)第五章开发与调试 (42)5.1软件开发环境介绍 (42)5.2智能车整体调试 (46)5.2.1 舵机调试 (46)5.2.2 电机调试 (46)5.2.3 动静态调试 (46)第六章结论 (48)6.1智能车的主要技术参数说明 (48)6.2总结 (48)6.3缺乏与展望 (48)参考文献 (50)致 (51)附录1 (52)附录2 (64)附录3 (82)第一章绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程工程的灵魂。
光电寻迹小车实验报告
一、实验目的1. 了解光电传感器的基本原理和应用。
2. 掌握光电寻迹小车的制作方法。
3. 培养学生的动手能力和创新意识。
二、实验原理光电寻迹小车是一种利用光电传感器检测地面颜色差异，实现小车沿特定路径行驶的智能小车。
实验中，我们采用红外反射式光电传感器，当传感器检测到白色地面时，输出高电平信号；当检测到黑色线路时，输出低电平信号。
通过单片机对传感器信号进行处理，控制小车前进、转弯、停止等动作。
三、实验器材1. 小车底盘2. 红外反射式光电传感器3. AT89S52单片机4. 电机驱动模块5. 直流电机6. 电源模块7. 连接线8. 黑色纸带四、实验步骤1. 搭建电路（1）将红外反射式光电传感器连接到AT89S52单片机的P1.0端口。
（2）将电机驱动模块连接到AT89S52单片机的P2端口。
（3）将直流电机连接到电机驱动模块。
（4）将电源模块连接到小车底盘。
（1）编写程序，实现以下功能：- 初始化单片机端口；- 读取光电传感器信号；- 根据光电传感器信号控制小车行驶；- 设置小车前进、转弯、停止的速度和方向；（2）将程序烧录到AT89S52单片机。
3. 调试（1）将黑色纸带铺设在地面上，作为小车的行驶路径。
（2）接通电源，观察小车是否能够按照既定路径行驶。
（3）根据实际情况调整程序参数，确保小车稳定行驶。
五、实验结果与分析1. 实验结果经过调试，小车能够按照既定路径稳定行驶，实现了光电寻迹功能。
2. 实验分析（1）红外反射式光电传感器能够有效检测地面颜色差异，实现小车寻迹。
（2）单片机对传感器信号进行处理，控制小车行驶，实现了智能控制。
（3）实验过程中，通过调整程序参数，优化了小车行驶性能。
六、实验总结1. 本实验成功制作了一台光电寻迹小车，实现了小车沿黑色纸带行驶的功能。
2. 通过实验，掌握了光电传感器的基本原理和应用，提高了学生的动手能力和创新意识。
3. 在实验过程中，遇到了一些问题，如小车行驶不稳定、转弯不顺畅等。
历年光电大赛题目
第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题1竞赛题目：基于光电导航的智能移动测量小车竞赛说明：设计一辆具有光电导航功能的智能车，要求从线路的指定点出发，沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。
在行走过程中，利用光电技术测量、记录沿途所通过隧道的数目、各段隧道的长度及沿途路边树木的棵数。
竞赛规则：1) 智能车平台：自选，横向宽度不大于赛道宽度。
2) 比赛场地：室内体育场，地面颜色为深绿色，赛场面积：15×11m2。
3) 赛道：宽0.5m，整体为“8”字形；沿途随机设置一定数量硬质薄板制作的隧道和红色中华铅笔代表的树木，隧道内表面为黑色。
隧道净高50cm，内表面与赛道内缘等宽；沿整个赛道的总树木数不超过20棵。
4) 赛道中间贴有3cm宽的白色导航胶带。
5) 采用分组分轮次淘汰的竞赛规则。
分组采用分区抽签方式确定，同一高校参赛队分配在不同分区。
6) 导航和测量要采用光电技术，禁用遥控方式或在赛场内自行设置智能车行驶路线导航标记。
7) 参赛队小车在赛道中的起终点由裁判随机指定，参赛队可自带起、终点判断标识物。
8) 要利用智能车自带的显示器显示出测得的树木数、隧道数和各段隧道的长度。
评分规则：竞赛分75分1) 树木棵树计数错误，算一次比赛，但不计成绩。
2) 车体任何部位出赛道外边缘需将赛车拿回到起点重新开始，算一次违规，赛时累计。
违规2次后，当次比赛结束，不计成绩。
3) 每轮比赛，每队比赛两次，分别按照隧道测量精度（相对误差，取绝对值）和速度进行排名。
第1名得0点，第2名得2点，其余依次增加1点。
比赛成绩为速度和精度得点数之和，总点数小者优胜。
取两次比赛中成绩好的一次为本轮比赛的竞赛成绩。
竞赛第1名得竞赛满分75分，第二名得72分，第三名70分，其余名次依次减1分。
方案分25分竞赛成绩前16名的参赛队要在竞赛结束后对本队设计方案进行答辩。
专家组将根据方案的新颖性、合理性、制作成本等因素综合判断对答辩对进行排名。
届光电方案大赛智能光电小车作品报告
竞赛题目: 基于光电导航的智能移动测量小车学生姓名：指导教师：决赛编号：引言全国大学生光电设计竞赛由中国光学学会主办，目前已成功举办三届。
竞赛意旨促进光电知识的普及，加强大学生实践、创新能力和团队精神的锻炼与培养，促进高等教育改革。
其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。
光电导航的智能移动测量小车系统，由微控制器、电源管理单元、路径识别电路、舵机控制单元、小树计数电路、隧道长度测量单元和直流驱动电机控制单元组成。
本系统以STC12C5A16S2单片机为控制核心，并采用Keil uVision4软件编程。
运用红外发射接收对管对道路信息进行采集，并采用PWM技术来控制舵机的转向和电机转速，并且能够同时实现隧道长度测量值和小树数目检测值的显示功能。
各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑转弯的效果。
在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。
可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。
在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。
1.智能移动测量小车系统总体设计1.1、路径识别传感器的选定路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此，选定白线识别传感器模块是总体方案确立的首要步骤。
我们使用光电发射接收管来检测白线：光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和深绿色平面反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出白线相对小车的位置。
这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。
1.2、系统总体设计及框图光电导航的智能移动测量小车系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。
基于光电导航的智能移动测量小车[实用新型专利]
![基于光电导航的智能移动测量小车[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/19cd517468eae009581b6bd97f1922791688bea4.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201620228618.8(22)申请日 2016.03.24(73)专利权人 程方远地址 100876 北京市海淀区西土城路10号北京邮电大学学生公寓三号楼801室(72)发明人 程方远 (51)Int.Cl.G05D 1/02(2006.01)(54)实用新型名称基于光电导航的智能移动测量小车(57)摘要本实用新型公开了一种基于光电导航的智能移动测量小车，包括单片机、寻迹模块、测量模块、电源管理模块、测速模块、电机驱动模块、舵机转向模块、以及显示模块，单片机的输入端连接寻迹模块、测量模块、电源管理模块、测速模块；电机驱动模块、舵机转向模块、显示模块与单片机的输出端相连。
其有益效果是，它可以按照既定赛道行走，无需人为操作，且自动测量赛道周围摆放的树木个数、隧道个数与各段隧道长度，并在走完全程后显示测量结果，实现了行驶速度与测量精度的最优化。
权利要求书1页 说明书3页 附图5页CN 205656498 U 2016.10.19C N 205656498U1.一种基于光电导航的智能移动测量小车，其特征在于，该智能移动测量小车包括单片机、寻迹模块、测量模块、电源管理模块、测速模块、电机驱动模块、舵机转向模块、以及显示模块，单片机的输入端分别与寻迹模块的输出端、测量模块的输出端、电源管理模块的输出端、测速模块的输出端相连接；单片机的输出端分别与电机驱动模块的输入端、舵机转向模块的输入端、显示模块的输入端相连。
2.如权利要求1所述的基于光电导航的智能移动测量小车，其特征在于，所述单片机采用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128。
3.如权利要求1所述的基于光电导航的智能移动测量小车，其特征在于，所述寻迹模块由红外对管结合比较电路组成。
4.如权利要求1所述的基于光电导航的智能移动测量小车，其特征在于，所述测量模块选择漫反射式激光传感器。
光电寻的小车实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉光电传感器的基本原理和应用。
2. 掌握光电寻迹小车的设计与制作方法。
3. 提高动手能力和创新意识。
二、实验原理光电寻迹小车利用光电传感器检测地面上的黑白线，通过单片机控制小车转向和速度，使小车沿着预设的路线行驶。
光电传感器分为发射器和接收器两部分，发射器发射红外线，接收器接收反射回来的红外线。
当红外线照射到黑色地面时，反射光强度减弱，接收器输出低电平；当红外线照射到白色地面时，反射光强度增强，接收器输出高电平。
通过检测接收器输出的电平变化，单片机判断小车是否偏离预设路线，从而控制小车转向和速度。
三、实验器材1. 光电传感器模块2. 单片机开发板3. 电机驱动模块4. 电池盒5. 小车底盘6. 轮子7. 黑色和白色纸板8. 连接线9. 螺丝刀10. 电工胶带四、实验步骤1. 搭建小车底盘：将轮子安装在底盘上，固定好电机驱动模块和电池盒。
2. 安装光电传感器：将光电传感器安装在底盘前方，确保传感器可以垂直地面，且与地面保持一定距离。
3. 连接电路：将光电传感器的发射器和接收器分别连接到单片机的相应引脚，将电机驱动模块连接到单片机的IO口。
4. 编写程序：根据实验要求，编写单片机程序，实现光电寻迹功能。
程序流程如下：（1）初始化：设置单片机IO口、定时器等。
（2）检测光电传感器：读取接收器输出的电平值。
（3）判断小车位置：根据电平值判断小车是否偏离预设路线。
（4）控制转向和速度：根据小车位置，调整转向和速度。
（5）重复步骤（2）至（4）。
5. 调试程序：将编写好的程序下载到单片机，观察小车是否能够沿着预设路线行驶。
6. 优化程序：根据实验结果，对程序进行优化，提高小车行驶的稳定性和速度。
五、实验结果与分析1. 实验结果：小车能够沿着预设的黑白线行驶，遇到转弯时能够自动调整方向。
2. 结果分析：（1）光电传感器性能对实验结果影响较大，选择合适的传感器是保证实验成功的关键。
（2）单片机程序设计对小车行驶的稳定性和速度有较大影响，需要不断优化程序。
智能寻迹小车设计方案
智能寻迹小车设计方案智能寻迹小车设计方案一、项目概述智能寻迹小车是一种能够自主行走并根据黑线路径进行导航的小型机器人。
本设计方案旨在实现小车的自主控制和路径识别功能，为用户提供一个可以根据预定路径行走的智能小车。
二、技术原理智能寻迹小车的核心技术包括光电传感器模块、控制模块和驱动模块。
光电传感器模块用于感知黑线路径，控制模块用于辨识路径信号并控制小车的行走方向，驱动模块用于控制小车的轮子转动。
小车通过光电传感器模块获取黑线路径的信号，经过控制模块的处理后，驱动模块控制轮子的转动实现小车的行走。
三、硬件配置1. 光电传感器：用于感知黑线路径，采用多个红外线光电二极管和光敏二极管进行测量。
2. 控制模块：采用单片机作为控制核心，用于接收和处理光电传感器的信号，并根据信号控制车轮转动。
3. 驱动模块：采用直流电机作为驱动装置，驱动车轮的转动。
四、软件架构1. 信号处理算法：根据光电传感器模块的输出信号，设计信号处理算法，将感知到的黑线路径转化成可识别的控制信号。
2. 路径识别算法：分析感知到的黑线路径信号，识别出黑线的走向，并根据识别结果控制小车的行走方向。
3. 控制算法：根据路径识别算法的结果，控制驱动模块产生适当的电压，实现小车轮子的转动。
五、功能实现1. 自主行走功能：小车能够根据识别的黑线路径自主地行走，避免碰撞障碍物或偏离路径。
2. 路径识别功能：小车能够准确地识别黑线路径，并根据路径进行相应的控制。
3. 远程控制功能：用户可以通过无线遥控器对小车进行远程控制，包括行走方向和速度的控制。
六、性能指标1. 导航准确性：小车在正确识别黑线路径的情况下完成整个行程，保持在路径上的偏离范围小于5mm。
2. 响应速度：小车对路径信号的处理和控制反应时间小于100ms。
3. 可靠性：小车在连续行走1小时内不发生故障，并能正常完成指定的行走任务。
七、安全性考虑1. 碰撞检测：小车装配超声波传感器，能够检测前方的障碍物并自动停止行走，避免碰撞事故的发生。
光电循迹小车实验报告
一、实验目的1. 了解光电循迹小车的工作原理和结构组成。
2. 掌握光电循迹小车的设计与制作方法。
3. 熟悉51单片机在光电循迹小车中的应用。
4. 提高动手能力和创新思维。
二、实验原理光电循迹小车是利用光电传感器检测地面上的黑色线条，通过单片机处理信号，控制电机驱动小车按照预设路径行驶。
实验中，采用红外光电传感器作为检测元件，当传感器检测到黑色线条时，输出低电平信号；当检测到白色路面时，输出高电平信号。
三、实验器材1. 51单片机开发板2. 红外光电传感器3. 直流电机驱动模块4. 2个直流电机5. 小车底盘6. 电池7. 连接线8. 黑色胶带四、实验步骤1. 准备工作（1）将黑色胶带粘贴在地面上，作为小车行驶的路径。
（2）将红外光电传感器固定在小车前部，使其能够垂直于地面。
（3）将直流电机驱动模块连接到51单片机开发板上的相应接口。
（4）将电池连接到开发板上的电源接口。
2. 硬件连接（1）将红外光电传感器的一端连接到单片机的P1.0端口，另一端连接到地。
（2）将直流电机驱动模块的A、B端分别连接到单片机的P2.0和P2.1端口。
（3）将两个直流电机分别连接到驱动模块的M1和M2端口。
3. 软件设计（1）编写程序，使单片机能够读取红外光电传感器的信号。
（2）根据信号判断小车是否在黑色线条上行驶，若在黑色线条上，则保持小车匀速行驶；若不在，则根据偏差调整小车转向。
（3）编写程序，控制直流电机驱动模块，实现小车的转向和速度调节。
4. 调试与测试（1）上电后，观察小车是否能够按照预设路径行驶。
（2）若小车无法按照预设路径行驶，检查硬件连接是否正确，调整传感器位置，或修改程序参数。
（3）当小车能够按照预设路径行驶后，进行测试，观察小车在直线和弯道上的表现。
五、实验结果与分析1. 实验结果经过调试，小车能够按照预设路径行驶，并在直线和弯道上保持稳定。
2. 实验分析（1）红外光电传感器能够有效地检测黑色线条，为小车提供稳定的循迹信号。
全国大学生光电设计竞赛正式赛题
附件1第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题竞赛题目1：基于光电导航的智能移动测量小车竞赛说明：设计一辆具有光电导航功能的智能车，要求从线路的指定点出发，沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。
在行走过程中，利用光电技术测量、记录沿途所通过隧道的数目、各段隧道的长度及沿途路边树木的棵数。
竞赛规则：1)智能车平台：自选，横向宽度不大于赛道宽度。
2)比赛场地：室内体育场，地面颜色为深绿色，赛场面积：15×11m2。
3)赛道：宽0.5m，整体为“8”字形；沿途随机设置一定数量硬质薄板制作的隧道和红色中华铅笔代表的树木，隧道内表面为黑色。
隧道净高50cm，内表面与赛道内缘等宽；沿整个赛道的总树木数不超过20棵。
4)赛道中间贴有3cm宽的白色导航胶带。
如下图所示：5)竞赛分组采用分区抽签方式确定，同一高校参赛队分配在不同分区。
6)导航和测量要采用光电技术，禁用遥控方式或在赛场内自行设置智能车行驶路线导航标记。
7)参赛队小车在赛道中的起终点由裁判随机指定，参赛队可自带起、终点判断标识物。
8)要利用智能车自带的显示器显示出测得的树木数、隧道数和各段隧道的长度。
评分规则：竞赛分（75分）1)树木棵树计数错误，算一次比赛，但不计成绩。
2)车体任何部位出赛道外边缘需将赛车拿回到起点重新开始，算一次违规，赛时累计。
违规2次后，当次比赛结束，不计成绩。
3)每轮比赛，每队比赛两次，分别按照隧道测量精度（相对误差，取绝对值）和速度进行排名。
第1名得0个点，第2名得2个点，其余名次依次递增1个点。
比赛成绩为速度和精度所得点数之和，总点数小者优胜。
取两次比赛中成绩好的一次为本轮比赛的竞赛成绩。
竞赛第1名得满分75分，第二名得72分，第三名得70分，其余名次依次递减1分。
方案分（25分）竞赛成绩前16名（暂定，具体可根据组委会设奖情况进行调整）的参赛队要在竞赛结束后对本队设计方案进行答辩。
专家组将根据方案的新颖性、合理性、制作成本等因素综合判断，对答辩队进行排名。
第四届光电设计大赛_智能光电小车_作品报告_
竞赛题目: 基于光电导航的智能移动测量小车学生姓名：指导教师：决赛编号：引言全国大学生光电设计竞赛由中国光学学会主办，目前已成功举办三届。
竞赛意旨促进光电知识的普及，加强大学生实践、创新能力和团队精神的锻炼与培养，促进高等教育改革。
其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。
光电导航的智能移动测量小车系统，由微控制器、电源管理单元、路径识别电路、舵机控制单元、小树计数电路、隧道长度测量单元和直流驱动电机控制单元组成。
本系统以STC12C5A16S2单片机为控制核心，并采用Keil uVision4软件编程。
运用红外发射接收对管对道路信息进行采集，并采用PWM技术来控制舵机的转向和电机转速，并且能够同时实现隧道长度测量值和小树数目检测值的显示功能。
各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑转弯的效果。
在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。
可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。
在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。
1. 智能移动测量小车系统总体设计、路径识别传感器的选定路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此，选定白线识别传感器模块是总体方案确立的首要步骤。
我们使用光电发射接收管来检测白线：光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和深绿色平面反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出白线相对小车的位置。
这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。
、系统总体设计及框图光电导航的智能移动测量小车系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。
光电循迹小车2024
光电循迹小车引言概述：光电循迹小车是一种能够根据外界光线变化来进行自主导航的车辆。
它利用光电传感器感知地面的光线强度差异，并根据强度变化来调整车辆的行进方向。
这种智能小车可以广泛应用于自动化物流、智能仓储、等领域，其自主导航的能力为提高效率、降低成本提供了一种全新的解决方案。
正文内容：1.光电循迹小车的工作原理1.1光电传感器1.1.1光电传感器的类型1.1.2光电传感器的工作原理1.1.3光电传感器在光电循迹小车中的应用1.2微控制器1.2.1微控制器的功能1.2.2微控制器在光电循迹小车中的作用1.2.3常用的微控制器1.3车轮驱动系统1.3.1电机选择和布局1.3.2驱动电路设计1.3.3车轮驱动系统的优化2.光电循迹小车的设计与实现2.1硬件设计2.1.1光电传感器的安装与调试2.1.2微控制器的选择与连接2.1.3车轮驱动系统的设计与调试2.2软件设计2.2.1系统的控制逻辑设计2.2.2光线强度检测算法实现2.2.3运动控制算法实现2.3系统整合与调试2.3.1硬件与软件的连接2.3.2功能测试与调试2.3.3系统性能优化3.光电循迹小车的应用领域3.1自动化物流3.1.1光电循迹小车在仓库中的应用3.1.2智能导航系统的优势3.1.3光电循迹小车在物流领域的前景3.2智能仓储3.2.1光电循迹小车在仓储管理中的应用3.2.2自动化存储系统的优势3.2.3光电循迹小车在智能仓储领域的前景3.3技术3.3.1光电循迹小车在导航中的应用3.3.2自主导航系统的发展趋势3.3.3光电循迹小车在技术中的前景4.光电循迹小车的发展趋势与挑战4.1发展趋势4.1.1小型化与轻量化设计4.1.2智能算法的集成应用4.1.3传感器和芯片技术的进步4.2技术挑战4.2.1光线强度变化的复杂性4.2.2多传感器融合技术的挑战4.2.3系统稳定性和可靠性的保障4.3发展前景4.3.1光电循迹小车应用的广泛性4.3.2市场需求的增长4.3.3技术优势的提升总结：光电循迹小车是一种利用光电传感器感知地面光线强度变化来实现自主导航的智能车辆。
智能光电小车方案
一、引言智能光电小车是一种基于光电传感技术的智能移动装置，利用光敏元件和电动机等组件实现对光信号的检测与响应。
本文将介绍智能光电小车的工作原理、设计方案以及应用场景等相关内容。
二、工作原理智能光电小车的工作原理主要包括光信号检测和运动控制两个部分。
1.光信号检测：光敏元件负责对周围的光信号进行感应，如光电二极管、光敏电阻等。
当环境的光强度发生变化时，光敏元件会产生相应的电信号。
2.运动控制：通过对光敏元件输出信号进行处理，智能光电小车可以根据光信号的强弱来判断光源的相对位置和运动方向。
根据预设的运动策略，小车可以自动调整电机的转速和方向，以实现对运动轨迹的控制。
三、设计方案智能光电小车的设计方案主要涉及到硬件组件和软件算法两个方面。
1. 硬件组件智能光电小车的硬件组件包括以下部分：•光敏元件：选用光电二极管和光敏电阻等光敏元件，具有高灵敏度和快速响应的特点。
•电动机：采用直流电动机作为小车的动力来源，通过控制电机的转速和方向，实现运动控制。
•电源模块：提供小车的电源供给，可以采用电池组或者外部电源适配器等。
•控制模块：利用单片机或者微处理器控制光敏元件和电动机，实现对光信号和运动的处理。
•通信模块：可选的，用于实现小车与其他设备之间的数据传输和远程控制。
2. 软件算法智能光电小车的软件算法主要包括以下几个方面：•光信号处理：通过采集光敏元件输出的电信号，利用滤波、放大和数字转换等技术，将光信号转化为数字信号，方便后续的处理和分析。
•光源定位：根据光信号的强弱和分布情况，利用数学模型和算法来计算光源的相对位置，以确定小车的运动策略。
•运动控制：根据光源的位置和预设的运动策略，利用控制算法对电动机的转速和方向进行调整，以实现对小车运动轨迹的控制。
•数据传输和远程控制：可选的，通过通信模块实现小车与其他设备之间的数据传输和远程控制功能，提高小车的智能化和可操作性。
四、应用场景智能光电小车的应用场景非常广泛，可以应用于以下领域：1.环境监测：将光敏元件安装在小车上，通过对环境光强度的感知，可以实现对光照不良区域的自动巡检和报警功能。
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基于光电导航的智能移动测量小车
1.驱动轮
前轮亦为驱动轮,其决定小车能否灵活拐弯的关键部分。
这辆小车和汽车不同，不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。
小车的
两前轮是靠舵机进行驱动的。
通过两路PWM波实现对其的控制。
只要调整PWM
波的占空比即可控制舵机的转速。
当小车左轮的速度高于右轮时，小车右转弯；反之，当小车右轮的速度高于左轮时，小车左转弯。
小车后轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以
忽略不记。
所以它可以自由偏移，而不影响小车的转向.
2舵机
舵机是一种位置伺服的驱动器。
它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。
电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和
控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。
注意，给舵机供电电
源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
3反射式红外传感器
反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。
检测距离可调整范围为4－15mm；采用非接触检测方式。
反射式红外传感器中包含一个发射器LED和一个光探测器（光敏二极管／光敏三极管）。
着两个元件被封装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。
LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。
图1.4是反射式红外传感器的工作原理图。
封装在矩形壳体中的是发射器LED（由左侧的白色方块表示）和探测器装置（在右侧）。
虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这一光强就是传感器的输出值。
如图所示，选通信号（高电平）经过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C脚输出高电平；否则输出为低电平
反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探测物体的反射率等。
为了减少环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境光不能直接射到探测器。
反射式红外传感器ST188的最佳探测距离为6-14mm。
所以将传感器垂直于地面并且调整传感器与地面的距离，大约在10mm左右。
4.红外一体化接收头
电视机、唱机等家电中广泛使用红外线遥控器。
红外遥控器发出38KHz调制的红外线，在接收端，被一体化红外接收头接收，解调出原始键码值。
因为红外遥控使用广泛、成熟、大批量，所以相关红外接收、发射元件价格很低。
本方案使用通用遥控器的一体化红外接收头作为检测元件。
一体化接收头内部集成有带通滤波器，它只允许大约38 kHz 的红外信号通过。
这种仅对38KHz敏感的特性，有助于消除环境光对遥控器接收的影响。
如图，当红外线发射管IR LED）发出的38KHz的红外线被一体化接收头接收时，接收头输出“0”。
当没有侦测到红外线，或非38KHz红外线（如日光灯干扰），输出“1”。
第三章硬件电路
(1)舵机驱动电路
此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所
有运行状态的作用。
通常选用单片机作为小车的核心控制单元。
这里选用
MSP430F425单片机. 考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活专性，在左右两轮各装一个舵机分别进行驱动。
当左轮电机转速高于右轮电机转速时
小车向右转，反之则向左转。
为了能控制车轮的转速，左右两轮的转速，可以
采取PWM调速法，即由单片机的TA1和TA2输出一系列频率固定的方波，再通
过功率放大来驱动舵机，在单片机中编程改变输出方波的占空比，从而可以改
变电机的转速。
左右两轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、
转弯等功能。
驱动电路如图:
需要注意的是：被二极管分流到电源两端的电力将造成主板电压的瞬变或
噪声。
更严重的是当采用PWM信号控制电机时，每次关断都会产生这种影响。
如果导通三极管又重新开启，同时反向电动势电流仍然存在，结果三极管将直
接导通电源正极和地。
这一现象时间的长短取决于续流二极管的关断时间。
这
一电流称作过冲电流，它同样会产生噪声。
因此需在离接口慢近的地方加一旁
路电容来消噪。
旁路电容的作用是平滑电流脉动和电源电压的瞬变。
当电压出
现尖峰时，电容将迅速地吸收这一能量，从而使电压保持恒定。
当电压降低时，电容将向电路中回馈能量，从而使电压有所回升。
经试验验证，从单片机出来的PWM电压大约在3.5V左右，加到舵机两边最多只有3V，这远远低于其耐压，因此转速也很慢，稍有摩擦就转不动了。
因此需要再增加两个三极管来进行扩流，还可以起保护单片机的作用。
(2)计树木棵树，循迹，隧道长度测量
用的是颜色的ST188，如果检测到有反射的光线就计数加一。
隧道测量：如果
进入隧道，我们可以用光敏电阻的感光性能调节阻值的大小从而输出高低电平，从电平开始改变就计时，电平再次改变就结束计时。
通过驱动轮的转速以及车
轮半径就可以计算出隧道长度。
地面的白线是导引线，位置读取和计算的准确度、稳定性将直接影响小车的控制和运行。
下图是实际运行中出现的情况，白
块表示感应到白线的传感器。
传感器的排列比较密，可能1~2个传感器都能踩到白线；转弯处车身倾斜甚至2～3个传感器都能踩到黑线。
应该求白线的中心位置作为结果。