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基于激光传感器的循迹智能车设计作者：高正中孙鸿李尧张步晓孟祥杰来源：《科技视界》 2013年第28期高正中孙鸿李尧张步晓孟祥杰（山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛 266590）【摘要】本文提供了一种可以实现自主循迹的智能车设计方案。
该方案论证了一种采用激光传感器检测黑白线路径信息进而实现小车自主循迹的方法，阐述了智能车的硬件电路设计和软件编程算法。
自主循迹的实现方法是由激光传感器将检测到的黑白线路径信息传给微处理器，软件编程采用速度和转角的闭环控制算法，进而实现了驱动电机的速度控制和转向舵机的转角控制。
实验证明，该智能车具有较强的抗干扰能力和较好的前瞻性，能够快速稳定地实现循迹功能。
【关键词】智能车；激光传感器；自主循迹；数码舵机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。
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。
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。
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。
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【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2012(034)005【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.【总页数】3页(P88-90)【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】TP272【相关文献】1.基于MC9S12XS128的激光传感器循迹智能车控制系统设计 [J], 余红英;杨杰2.基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计 [J], 曾星星3.基于交变磁场检测的路径识别智能车控制系统设计 [J], 张自友4.基于激光传感器的智能车自主导航系统设计 [J], 邱广萍5.基于视觉路径识别的智能车控制系统设计 [J], 焦冰;李琳;邱会然因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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。
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。
基于激光传感器跟踪智能车系统的设计和实现This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020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。
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。
基于激光传感器的循迹智能车设计
【摘要】本文提供了一种可以实现自主循迹的智能车设计方案。
该方案论证了一种采用激光传感器检测黑白线路径信息进而实现小车自主循迹的方法，阐述了智能车的硬件电路设计和软件编程算法。
自主循迹的实现方法是由激光传感器将检测到的黑白线路径信息传给微处理器，软件编程采用速度和转角的闭环控制算法，进而实现了驱动电机的速度控制和转向舵机的转角控制。
实验证明，该智能车具有较强的抗干扰能力和较好的前瞻性，能够快速稳定地实现循迹功能。
【关键词】智能车；激光传感器；自主循迹；数码舵机
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。
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。
对于需要稳压到5V供电的器件，在这种低电压的情况下如果采用普通的三端稳压电源芯片，其输入电压将小于规定的最小输入电压，此时输出电压不稳定，将会导致器件无法正常工作。
同时考虑到系统的可扩展性，本设计选用低压差线性稳压芯片AMS1117，SPX3940和TPS7350。
2.3 激光传感器模块
光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定波长的光，经反射后由接收管接收[3]。
由于在黑色和白色表面反射系数不同，在黑色表面大部分光线被吸收，而在白色表面大部分光线被反射，所以接收管接收到的反射光强不同，从而输出引脚电压不同，就可以将黑白路面区分开来[4]。
本方案选用激光传感器作为循迹传感器。
它具有原理简单、安装方便、检测速度快、数据量小、数据处理简单的优点[5]。
激光收发不受外界光线影响，前瞻较大，能够稳定工作，因此控制核心对赛道的预处理能力较好，可保证小车快速稳定行驶。
激光传感器由两部分构成，即发射部分和接收部分。
发射部分由激光管及其驱动电路组成，接收部分由接收管及其滤波电路组成。
激光管内有一个激光二极管，作为激光头中的发光器件。
它发出波长为650nm的激光光束。
接收管为数字输出光探测器，内部集成了光电二极管信号处理电路，其电路包括放大器、施密特触发器和电压调节器等。
接收管可接收频率为160KHz-200KHz、波长为500nm-980nm、占空比为20-30%的调制波。
由于反射回来的激光光束是发散的，不易被接收管上的接收头捕捉，因此在接收管前方加一个透镜，将发散的光束汇聚到一个点，即透镜的焦点上。
然后调整透镜的位置，使透镜的焦点跟接收管的接收头重合。
实际测试中，前瞻距离在高度为15cm时，接收管稳定接收的最远距离可达60cm，远远满足小车大前瞻的要求。
激光传感器发射部分电路如图3所示。
激光传感器接收部分电路如图4所示。
本设计采用“二对一”的策略[6]，即两个激光发射管对应一个激光接收管。
本设计共使用8个激光发射管，采用“一字型”光点排布，两激光点之间距离约为
2cm，激光前瞻约为40cm。
由于单个接收管接收范围约为3.5cm，为有效防止距离较近的激光点之间的相互干扰，因此本设计采用分时发射策略。
2.4 电机驱动电路
直流电机驱动广泛采用H桥驱动电路。
设计中可以使用集成H桥驱动芯片，也可以使用MOS管设计H桥电路。
但是用MOS管设计的驱动电路相对复杂，电路容易出现问题。
本设计中电机驱动芯片选用英飞凌公司生产的半桥驱动芯片BTN7970。
它是一款针对电机驱动应用的完全集成的大电流半桥芯片，其作用是将恒定的直流电源电压（电池电压）调制成频率一定、宽度可变的PWM脉冲电压序列，进而改变输出平均电压的大小。
BTN7970的内部在上桥臂集成了一个P沟道场效应管，在下桥臂集成一个N沟道场效应管。
BTN7970内部结构示意图如图5所示。
当输入高电平时，上桥臂场效应管导通，输出端与正电源形成电流通路；当输入低电平时，下桥臂场效应管导通，输出端与地形成电流通路。
本设计使用两片BTN7970构成全桥驱动电路。
