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第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告目录第一章引言 (1)1.1 智能车制作概述 (1)1.2 参考文献综述 (1)1.3 技术报告内容与结构 (1)第二章设计方案概述 (3)2.1 总体设计 (3)2.2 具体方案 (3)2.2.1 道路识别模块 (3)2.2.2 速度检测模块 (4)第三章模型车整体设计 (5)3.1 机械部分的调整 (5)3.2 传感器设计与安装 (5)3.2.1 光电管安装： (5)3.2.2 摄像头安装： (6)3.2.3 测速装置 (7)第四章硬件电路设计 (9)4.1 整体介绍 (9)4.2 各模块电路介绍 (10)第五章控制算法实现 (15)5.1 总体软件设计 (15)5.2 路径识别算法 (16)5.2.2 基于光电管的模糊控制算法 (16)5.2.2 基于CMOS的算法 (18)5.2.3 两者的结合 (20)5.3 速度控制算法 (20)第六章调试及主要问题解决 (23)6.1 调试工具 (23)6.2 调试过程 (24)6.3 主要技术参数说明 (25)第七章结论 (27)附录A 参考书目 (I)附录B 部分程序...................................................................................... I I第一章引言1.1 智能车制作概述本队在小车制作过程中，先对比赛内容，要求与规则进行了详细分析，然后按照要求制订了几种设计方案，并对几种方案进行比较敲定最后方案。
根据方案完成小车的总体设计和详细设计（包括底层硬件设计和总体软件设计），在完成了车模组装和改造后，完成了各个模块的硬件电路设计与安装，并进行了控制算法的设计和软件实现，最后进行了整车的调试和优化。
1.2 参考文献综述方案设计过程中参考了一些相关文献，如参考文献所列。
例如文献 1 与 2 单片机嵌入式系统在线开发方法。
智能循迹小车设计与实现摘要：智能循迹小车是一种能够根据预设的路径自动行驶的装置。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程，包括硬件设计、软件编程以及测试和优化等内容。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，实现了小车的自动行驶功能。
实验结果表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
关键词：智能循迹小车，光电传感器，电机驱动模块1.引言智能循迹小车是一种基于传感器和控制模块的自动驾驶装置。
它能够通过感知周围环境并根据预先设定的路径进行行驶。
智能循迹小车在工业生产、仓储管理和物流配送等领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
2.硬件设计主控模块采用单片机作为核心处理器，并配备了存储器、通信接口和控制信号输出等功能。
传感器模块主要由光电传感器组成，用于感知小车当前位置和行驶方向。
执行器模块由电机驱动模块组成，用于控制小车的移动。
3.软件编程传感器数据采集模块负责读取光电传感器的输出信号，并进行信号处理和滤波。
路径规划模块通过分析传感器数据，确定小车当前位置和行驶方向，并根据预设的路径规划算法，确定下一步行驶方向。
运动控制模块通过调节电机驱动模块的输入信号，控制小车的运动。
4.测试与优化为了验证智能循迹小车的性能，我们进行了一系列的测试和优化。
首先，我们对传感器进行了校准，以确保其输出信号的准确性。
然后，我们在实际场景中对小车进行了测试，包括行驶精度、速度和稳定性等方面的测试。
根据测试结果，我们对软件进行了调优，并对硬件进行了优化，以提高智能循迹小车的性能。
5.结论本文介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，我们实现了小车的自动行驶功能。
实验表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
未来，我们将进一步改进小车的设计和算法，以提高其性能和适应性。
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。
（穿山乙工作室）三天三十元做出智能车基本设计思路：1.基本车架（两个电机一体轮子+一个万向轮）2.单片机主控模块3.电机驱动模块（内置5V电源输出）4.黑白线循迹模块0.准备所需基本元器件1）.基本二驱车体一台。
（本课以穿山乙推出的基本车体为例讲解）2）.5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。
3）.5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。
4）.5x7cm洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三对、4.7K电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED三个。
一、组装车体（图中显示的很清晰吧，照着上螺丝就行了）二、制作单片机控制模块材料：5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。
电路图如下，主要目的是把单片机的各个引脚用排针引出来，便于使用。
我们也有焊接好的实物图供你参考。
（如果你选用的是STC98系列的单片机在这里可以省掉复位电路不焊，仍能正常工作。
我实物图中就没焊复位）三、制作电机驱动模块材料：5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。
电路图如下，这里我们把电源模块与驱动模块含在了同一个电路板上。
因为电机驱动模块所需的电压是+9V左右（6—15V 均可），而单片机主控和循迹模块所需电压均为+5V。
这里用了一个7805稳压芯片将+9V电压稳出+5V电压。
+9V这是工作室做的电源+驱动模块，仅作参考四、制作循迹模块材料：5x7cm洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三对、4.7K电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED三个。
LM324电压比较器工作原理：该芯片内部有四组比较器，原理就是反相输入端Vi—与同相输入端Vi+的电压进行比较，若Vi+大于Vi—则比较器的输出端OUT输出高电平+5V；若Vi+小于Vi—则比较器的输出端OUT输出低电平0V；TCRT5000红外对管工作原理：工作时由蓝色发射管发射红外线，红外线由遮挡物反射回来被接收管接收。
循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。
四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力，但结构相对复杂；两轮驱动则较为简单，但在稳定性方面可能稍逊一筹。
在选择车体结构时，需要根据实际应用场景和需求进行权衡。
为了保证小车的灵活性和适应性，车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。
同时，合理设计车轮的布局和尺寸，以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。
2、传感器模块（1）循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。
常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。
光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置；红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。
在实际应用中，可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。
为了提高循迹的准确性，通常会在小车的底部安装多个传感器，形成传感器阵列。
通过对传感器信号的综合处理，可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。
（2）避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。
常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。
超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离；激光传感器则利用激光的反射来计算距离；红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。
在选择避障传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。
一般来说，超声波传感器测量范围较大，但精度相对较低；激光传感器精度高，但成本较高；红外测距传感器则介于两者之间。
3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分，负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。
常见的控制模块有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PIC、AVR 等）。
单片机具有开发简单、资源丰富等优点，适合初学者使用；微控制器则在性能和稳定性方面表现更优，适用于对系统要求较高的场合。
在实际设计中，可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。
4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转，实现前进、后退、转弯等动作。
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。
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。
