下载文档原格式
0引言近年来光电传感技术在智能小车上应用普遍，但光电管发射功率及各管间相互干扰会导致小车在路径识别时发生故障，影响行驶［1］。
目前智能小车在自动行驶过程中识别、避开障碍物的措施基本上是采用摄像头来采集道路信息［2］。
此方法中，不仅信号采集速度慢、受外界电磁干扰严重，影响小车行驶路线，且易出现信号处理中断，造成智能小车在快速行驶时无法及时有效避开障碍物。
为了有效避开障碍物，小车需降低速度，行驶效率大大降低，应用一直受到制约［3］。
为解决以上问题，本文提出基于激光测距的循迹避障小车控制系统，实现小车快速寻找到点亮的信标灯所在之处的目标，识别到信标灯后，小车第一时间向其前进，在前进过程中需防止与其他车辆发生碰撞，到达点亮的信标灯规定范围。
待其灭灯后，小车停止前行，继续寻找下一个点亮的信标灯。
1系统方案的选择与描述循迹避障小车从指定位置出发，快速搜寻场地内随机点亮的信标灯，向其前进，待其熄灭后继续寻找下一个信标灯。
信标采用半球全向灯座，内部安装有红色高亮度发光二极管阵列，可以通过系统控制信标闪烁或者熄灭，智能小车识别信标的红光进行定位。
控制系统框由以下六个模块构成：灯光识别模块、电源管理模块、控制核心模块、电机驱动模块、方向识别模块、防碰撞模块。
控制系统框如图1所示。
系统分为控制系统和数据采集部分。
控制系统由控制核心模块、电源管理模块和电机驱动模块组基金项目：重庆市教委科学技术资助项目（编号KJ1601704、KJ20180198344）基于光电传感器的循迹避障小车控制系统钟馨怡1，李成勇2（1.重庆公共运输职业学院，重庆市402247；2.重庆工程学院电子信息学院，重庆市400056）摘要由于普通红外发射管具有漫反射效应，影响对应的接收管对传输信息的接收，应用在快速行驶循迹避障小车控制系统中，识别障碍物误差大。
选用发射与接收一体化的激光测距传感器采集道路信息，可以克服发、接两者之间的互相干扰。
设计一辆循迹避障小车控制系统，根据图像颜色比对算法，快速搜寻场地内随机点亮的信标灯的位置和坐标，并按照特定算法驱动小车向其前进，待其熄灭后继续自旋转寻找下一个信标灯。
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。
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。
循迹小车原理
循迹小车是一种智能机器人，通过感应地面上的黑线来实现自主导航。
它具有一组红外线传感器，安装在车体底部。
这些传感器能够感知地面上的线路情况，判断车子应该如何行驶。
循迹小车的工作原理是基于光电传感技术。
当小车上的传感器感受到黑线时，光电传感器就会产生信号。
这些信号通过控制系统进行处理，确定小车的行驶方向。
如果传感器感受到较亮的地面，即没有黑线的区域，控制系统会判断小车偏离了轨迹，并做出相应的调整。
为了确保精确的导航，循迹小车的传感器通常安装在车体的前部和底部，使其能够更好地感知地面上的线路。
此外，传感器之间的距离也很重要，它们应该能够覆盖整个车体宽度，以确保车子能够准确地行驶在黑线上。
循迹小车的控制系统通过对传感器信号的分析来判断车子的行驶方向。
当传感器感知到线路时，控制系统会发出信号，控制电机转动，使车子朝着正确的方向行驶。
如果传感器感知不到线路，或者线路出现了间断，控制系统会做出相应的调整，使车子重新找到正确的线路。
循迹小车是一种简单而有效的机器人，它在许多领域都有广泛的应用。
例如，它可以用于仓库自动化，实现货物的自动运输；也可以用于工业生产线，实现物品的自动装配。
总的来说，循迹小车通过光电传感技术，能够自主导航，实现精确的线路行驶。
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。
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。
基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车闫俊旭1侯超2（1.太原科技大学电子信息工程学院山西太原0300242.太原重型机械厂山西太原030024）摘要:本文介绍了一种智能寻迹小车的设计与实现。
基于红外反射式光电传感器的寻迹原理，采用AT89C52单片机为核心控制器件，通过红外传感器检测路面信息，单片机获取路面信息后，进行分析、处理，最后控制步进电机调节转向和转速。
实验表明：该系统抗干扰能力强、电路结构简单，能够准确实现小车沿给定的黑线快速、平稳行驶。
关键词：AT89C52、反射式光电对管（RPR220）、步进电机Design of Autonomous Tracing System based on single chip microcomputerYan Junxu1Hou Chao2(1. Institute of Electronic and Information; Taiyuan University of Science andTechnology; Taiyuan 030024; China2.Taiyuan Heavy Mavhinery Group Co.,LTD; Taiyuan 030024; China)Abstract: Based on infrared reflective photoelectric sensor tracing principle, a intelligent tracing car which used AT89C52 microcontroller as the core control device was designed. When infrared sensor detects the information of road, the microcontroller analysis, process, and finally control the stepper motor adjust the steering and speed. Experiments show the intelligent tracing car had the feature of the anti-jamming ability and a simple circuit structure, and can achieve a given car black line along the fast, smooth driving accurately.Keywords: AT89C52, reflective photoelectric tube (RPR220), stepper motor引言：智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。
基于光电传感器的智能汽车系统的跟踪控制算法光电传感器是智能汽车系统中的关键组件之一，它可以实时感知车辆周围环境的光照强度变化。
基于光电传感器的智能汽车系统跟踪控制算法，需要结合光电传感器的输出数据以及车辆的动力系统，实现有效的路径跟踪和车辆稳定性控制。
跟踪控制算法的主要任务是使车辆能够按照预设的轨迹行驶，并保持与目标路径的偏离尽可能小。
对于基于光电传感器的跟踪控制算法，可以采用基于模型的控制方法。
首先，通过光电传感器获取的环境光照强度信息可以用于车辆在巡航控制模式下的路径规划和控制。
在巡航控制模式下，车辆需要跟随道路中心线行驶。
通过分析环境光照强度的变化，可以判断车辆是否偏离了道路中心线，并进行修正。
如果光照强度较弱，则说明车辆偏离了道路中心线，此时可以通过调整车辆的转向角度来使车辆重新回到道路中心线上。
其次，在转向控制模式下，光电传感器可以用于检测车辆距离障碍物的距离。
如果光照强度较弱，说明车辆靠近了障碍物，此时需要进行避障操作。
可以通过车辆的动力系统控制车辆的加速度和制动力，使车辆避开障碍物。
同时，光电传感器还可以用于检测车辆与目标车辆之间的距离，以及目标车辆的运动状态，从而进行车辆之间的协同行驶。
在实际应用中，基于光电传感器的智能汽车系统的跟踪控制算法还需要考虑实时性和鲁棒性。
由于光照强度的变化是非线性的，对于快速变化的环境光照强度，需要采用滤波算法进行数据处理，以提高控制算法的鲁棒性。
同时，为了减少传感器数据的延迟，可以采用预测控制方法，通过预测车辆未来的状态来实现更加精确的控制。
总之，基于光电传感器的智能汽车系统的跟踪控制算法是一个复杂且具有挑战性的问题，需要综合考虑环境光照强度的变化、车辆动力系统的特性，并结合实时性和鲁棒性的要求。
通过合理设计和实现跟踪控制算法，可以实现智能汽车系统的路径跟踪和稳定性控制，提高汽车驾驶的安全性和舒适性。
2012年第1期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor 2012No.1收稿日期：2011－05－12收修改稿日期：2011－10－20基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统宁慧英（沈阳职业技术学院电气工程系，辽宁沈阳110045）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。
关键词：智能车；光电传感器；自动寻迹控制中图分类号：TP273．5；TP29文献标识码：A文章编号：1002－1841（2012）01－0108－03Automatic Rail Guided Control System for Intelligent Small Car Based on Optoelectric SensorsNING Hui-ying（Shenyang Institute of Professional Technology ，Shenyang 110045，China ）Abstract ：In automatic rail guided system for Intelligent small car ，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 op-toresisters．The function of detecting speed and obstacle was realized by reflective optoelectric sensors FS0359F．The MCU STC12C5A60S2were 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．Key words ：intelligent small car ；optoelectric sensors ；automatic rail guided control 0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。
针对路面采用白色标记线条作路径引导线的应用场合，光电传感器与CCD /CMOS 图像传感器是常用的路径识别传感器。
光电传感器因物理结构和信号处理方式简单的特点而被广泛应用于结构化环境和低成本产品中，虽然存在检测距离近、预测性差的弱点，但通过合理设计和选择光电传感器并结合合适的信息处理软件和鲁棒控制策略能够满足上述简单环境场合需要。
设计一种基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统，其中16路巡线传感器阵列采用LED 和光敏电阻制作而成，通过传感器测量电路对路面和车速信号进行检测。
利用单片机采集处理光电传感器信息并基于路径标记线结构化信息模式匹配的寻迹控制策略对小车进行寻迹控制。
1光电传感器的设计和选择在智能小车寻迹系统中，传感器要感知的对象是物体有无和接近程度，与精确的测距系统不同，只要求判断出简单的阈值或提供远、近分档距离信息即可。
因此使用简单的光电传感器实现小车寻迹和避障是可行的。
系统中使用两组反射式光电传感器，其中一组自制的16路光电传感器阵列用于路面标记线信息检测即巡线，另一组选用商用红外光电传感器产品FS －359F ，用于检测四周的障碍物和小车主动轮的转速。
用于巡线的16路光电传感器阵列安装在智能小车的底部。
光源为16个高亮LED 发射管，用16个光敏电阻接收来自地面的反射光线。
为增加径向探测距离，LED 发射管和光敏电阻的安装平面成一定的角度。
光敏电阻接收的反射光强信号经检测电路转换为电压输出信号V out ，它是反射面与传感器间距x 的函数，当反射面物质不同时，V out 与x 的关系曲线不同且为非线性［1］。
在光强信号转换电路和信号处理软件中，设定输出电压V out 达到某一阈值电压时作为感兴趣目标，当输出电压V out 距离阈值电压不同时则判定为不同目标。
当x 一定时，反射光强还与反射面的特性有关，当光线照射到白色标记时会有较大的反射，光敏电阻接收到的反射光强就较大；如光线照射到背景地面，因背景地面会吸收大部分光线，光敏电阻接收到光强就很弱。
利用16路传感器根据白色标记线和深色背景反射率大小将反射光强分为16个index 区间，通过对16个传感器index 值的组合来获得车身相对于路径标记线的位置，从而对位置和行驶方向都能做较精确的控制［2］。
光敏电阻是一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
采用的光电传感器测量转换电路如图1所示。
图1光电传感器测量转换电路用于测速的反射式红外传感器FS －359F 安装在紧靠车轮第1期宁慧英：基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统109两侧。
FS －359F 采用048W 型封装，便于安装。
对于障碍物的检测，选用性价比较高的043W 封装的FS －359F 。
在没有强烈日光干扰下探测距离能达8cm ，完全能满足探测距离要求。
2智能小车自动寻迹控制系统的硬件设计智能车自动寻迹控制系统的硬件组成如图2所示。
寻迹系统的工作过程是：16路巡线传感器探测路面信息，速度传感器检测当前车速，避障传感器检测智能车四周的障碍物，传感器输出的微弱电信号经传感器信号处理电路调理后送入到单片机，单片机对采集到的信号进行分析处理并做出逻辑判断和寻迹控制决策后输出两路PWM 电机调速信号，PWM 信号再经预驱动和MOS 管驱动电路后分别控制2个主动轮上直流电机的转速，最终实现控制小车行进方向和速度的功能。
此外，智能小车硬件电路中还预留一定数量的IO 接口，便于实现外部机械装置开关控制，完成相应动作。
图2智能车寻迹系统的组成框图2.1主控制电路主控制电路是寻迹系统的控制核心，完成传感器转换电路信号的接收、路面和车速信息处理以及小车运动速度、方向、位置控制等功能。
其中微控制器选用宏晶科技生产的新型高速/低功耗/超强抗干扰单片机STC12C5A60S2，其内核和指令代码完全兼容8051单片机，但速度快8 12倍。
其内部集成MAX810专用复位电路，具有35个I /O 口，由P0、P1、P3、P2和P4口提供，2路PWM 输出，8路10位高速A /D 转换器（250KPS ），适用于强干扰应用场合。
为提高口线利用效率，使用2片74HC245总线驱动电路实现单片机P2口的复用，用P4．4口线进行复用控制，当P4．4为低电平时，P2口接收到的是16路巡线传感器的低8位信号QQ0 QQ7，当P4．4为高电平时，P2口接收到的是16路巡线传感器的高8位信号QQ8 QQ15。
采用P0口接收来自避障和测速传感器的8路输入信号。
另外，通过单片机输出的两路PWM 信号实现电机调速控制。
2.2巡线传感器信号处理电路传感器信号处理电路用于将16路巡线传感器采集到的微弱信号的进行放大、比较、限幅、整形处理后送入主控电路板上的传感器接口并驱动指示用的发光二极管工作。
这些发光二极管亮灭指示当前某路传感器是否在地面白条上。
单路巡线传感器的信号处理电路如图3所示。
若SEN0为地面白条反射的有效信号，通过调节RW 1，使U1A 的电压输出QQ0为9.5 10V ，若SEN0为地面背景反射的信号，根据地面背景的颜色以及光滑程度，QQ0大致在4 6V ，越低越好。
放大后的信号QQ0送到LM324构成的电压比较器的反相输入端，比较器的同相端接8V 的基准电压QV0，当传感器检测到地面白条时，QQ0电压大约为9.5 10V ，比较器图3单路巡线传感器的信号处理电路输出低电平，接近于0V ，通过反相器使得QA0输出为5V ；若传感器检测的是地面背景，QQ0电压大约为4 6V ，比较器输出高电平，接近于12V ，通过4.5V 的稳压管，使得反相器输入端为4.5V 左右的高电压，反相器输出QA0为0V 左右。
16路的输出QA0 QA15送入主控制器电路。
2.3电机驱动电路电机驱动电路接受主控制板发来的电机速度和方向控制信号，通过MOS 管驱动电路、MOS 管和继电器驱动小车主动轮上的2个直流减速电机。
通过改变PWM 信号的占空比来控制电机的转速；利用方向控制信号，控制直流电机的正反转，从而实现智能小车的前进、后退和转弯。
PWM 调速电机驱动电路的原理框图如图4所示。
图4PWM 调速电机驱动电路原理框图其中2路NMOS 管驱动电路分别用来驱动左轮和右轮电机，预驱动芯片采用IR2110，输入信号为微控制器输出的PWM 脉宽信号，能够直接控制75N75MOS 管的通断而实现电机调速。
电机MOS 管驱动电路原理如图5所示。
图5电机MOS 管驱动电路原理图3智能车寻迹控制系统的软件设计智能小车寻迹控制系统软件包括单片机信号与信息处理、寻迹控制策略以及电机速度方向控制等功能模块。
其流程如图6所示，主要包括系统初始化、路面和车速信息采集处理显示、车速和方向控制、寻迹控制策略等。
系统初始化包括单片机110Instrument Technique and SensorJan.2012特殊功能寄存器、定时器、PWM 控制寄存器等初始化功能；路面和车速信息采集处理显示部分包括16路巡线传感器标记线结构化信息采集、障碍物检测、车速检测和显示等功能；车速和方向控制主要通过扫描巡线、障碍物和车速等传感器实时获取路面和车速反馈信息并采用逻辑判断和经验决策来实现；寻迹控制策略为利用巡线传感器实时获取标记线结构化模式信息，并结合方向控制历史数据，采用结构化模式信息匹配、方向控制历史数据分析和逻辑判断决策的方法进行针对简单通过环境的寻迹控制。
