视觉导航寻迹

基于HCS12X单片机的多传感器智能车控制系统设计【摘要】本文基于飞思卡尔HCS12X控制单元，利用多传感器的信息融合技术设计了一款可以自主循迹行驶的智能车。

系统主要融合了GPS，视觉传感器，激光雷达传感器对智能车进行定位及轨迹控制。

该控制系统在安全性，可靠性，易操作性等方面都进行了综合的优化。

实验表明：该智能车可以按照设计路径自主行驶。

【关键词】智能车；HCS12X单片机；视觉传感器Multi-sensor Ｃombination Ｉntelligent Ｖehicle Ｃontrol Ｓystem＇s Ｄesign Ｂased on HCS12XHＡＮYi-lun WＡＮＧBin-long WＥＮXue-lei(College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao Shandong, 266510)【Abstract】In this paper, the intelligent vehicle control system’s design based on HCS12X MCU. The Multi-sensor combination technology be used in this control system. This system can control vehicle’s position and Navigate the vehicle with GPS, vision sensor and laser radar sensor. This control system have an optimal decision in safety, reliability and handleability. The experiment showed that the smart vehicle can driving in the designed road by itself.【Key words】Intelligent vehicle; HCS12X MCU; Vision sensor0 引言随着近年来科学技术的高速发展，电子化、信息化、智能化成为了未来车辆的发展趋势。

项目名称：智能小车系别：信息工程系专业：11电气工程及其自动化姓名：刘亮、崔占闯、韩康指导老师：王蕾目录摘要： (3)关键词： (3)绪论： (3)一、系统设计 (4)1.1、任务及要求 (4)1.2车体方案认证与选择 (4)二、硬件设计及说明 (5)2.1循迹+避障模块 (5)2.2主控模块 (6)2.3电机驱动模块 (6)2.4机械模块 (7)2.5 电源模块 (7)三、自动循迹避障小车总体设计 (7)四、软件设计及说明 (8)4.1系统软件流程图 (9)4.2系统程序 (9)五、系统测试过程 (12)六、总结 (13)七、附录：系统元器件 (13)摘要本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。

信号检测模块采用红外光对管，用以对有无障碍与黑线进行检测。

主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。

电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。

信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令进行相应的调整。

通过有无光线接收来控制电动小车的转向，从而实现自动循迹避障的功能。

关键词：智能循迹避障小车，STC89C52单片机，L298N驱动芯片，信号检测模块，循迹避障绪论（一）智能小车的作用和意义自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、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。

随着科学技术的发展，机器人的感系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，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结构化环境简单的目标。

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。

智能汽车及智能汽车控制系统的研究_龙志军当前，世界各国的汽车总量在迅速增加，其中我国的增量更是⾮常明显。

越来越多的汽车给城市带来了交通事故增多、道路更加拥挤等⼀系列问题，为了解决这⽅⾯的问题，世界各国的汽车研究者提出了很多的想法，其中把现代⾼科技与汽车技术相结合，研究智能汽车，成为应对现代城市交通问题最可⾏的⼀种先进的解决⽅案。

智能汽车⼀直是现代汽车研究领域的热点和难点，伴随着控制理论的发展，越来越多新的控制理论和控制⽅法被应⽤于智能汽车的⾃主循迹控制，这使得如何根据不同的道路环境和⾏驶⼯况选择最适合的控制⽅法成为⼀门新的课题。

⽬前，许多研究学者将精⼒⼤都集中在⾃主控制型智能汽车上，其借助车载雷达、GPS、惯导与中央控制系统导引车辆实现安全⾏驶，中央控制系统依据检测到的路况信息发送前⾏、加速、转向、避让、刹车等各种指令到执⾏机构，由执⾏机构完成相应操作。

1智能汽车的特点智能汽车也称⽆⼈驾驶汽车，属于轮式移动机器⼈的⼀种，是⼀个集环境感知、规划决策、⾃动驾驶等多功能于⼀体的综合系统。

智能汽车技术将计算机科学、⼈⼯智能、图像处理、模式识别和控制理论等许多领域联系在⼀起。

智能汽车控制系统的研究是⼀项复杂的系统⼯程，其中包括机械、传感器检测、电机控制、模式识别、图像分析、信号处理、嵌⼊式系统等多个学科融合。

智能汽车与⼀般所说的⾃动驾驶有所不同，它更多指的是利⽤GPS 和智能公路技术实现的汽车⾃动驾驶。

由于智能汽车装有相当于⼈的“眼睛”“⼤脑”“脚”的电视摄像机、电⼦计算机、⾃动操纵系统之类的装置，所以能和⼈⼀样会“思考”“判断”“⾏⾛”，既可以⾃动启动、加速、刹车，还可以⾃动绕过地⾯障碍物。

在复杂多变的道路交通环境下，根据⾃⾝的运动状态，能随机应变，⾃动选择最佳⽅案，控制汽车安全、合法、⾼效地⾏驶，从⽽实现汽车的⾃动⾏驶、最优化路径等功能。

智能汽车控制系统具有⾃动跟踪、⾃动驾驶、⾃动学习等特点，具有⼴阔的发展前景。

0&0&0&0&0&0&0©0令0°0j设计与开发II I0&0&0&0©0°0&0&0°0&0基于Arduino典型传感器智能避障小车的设计开发付晓云（沈阳理工大学机械工程学院实验中心沈阳110159）摘要以Arduino UNO开发板为核心，以红外传感器、超声波传感器、电机、车轮等外部固件，小车能实现自主避障的功能，该装置通过红外传感器监控，经由Arduino处理器处理，控制智能避障小车躲避障碍。

主要讨论以Arduino UNO开发板为核心的超声避障小车制作过程,它是由4个直流电机和L298n电机驱动模块控制行驶方向，辅以舵机和超声波传感器组成的超声避障模块实现避障功能，用Arduino IDE编程软件编写总体程序。

智能避障小车具有实际意义，在一些非常危险的情况下它能够代替人进行工作；特别是避障小车的探测功能，在抗震救灾中能够起到极大的作用。

关键词Arduino IDE Arduino UNO智能避障小车智能车领域以美国、意大利、法国等国家处于领先地位，在智能车领域有着一系列研究成果。

车辆与控制人员之间能够进行信息交流利用的是无线电及光缆技术，操作人员可以根据反馈的信息远程遥控车辆。

与上述这些在智能车领域处于前沿的国家相比，我国在智能车方面的起步比较晚，但目前也取得了很大进步，清华大学研制的“THMR-V”的智能车就是其中之一。

“THMR-V”的智能车能够在标准路面自动追踪车道线，在复杂的路面能够根据实际情况自行避障。

但此智能车也有不足，只能在结构化道路上画有清晰白线处进行车道跟踪。

国防科技大学在车辆的自动驾驶技术方面起步较早，CITAVT系列无人驾驶车是其主要的研究成果，其中CITAVT-IV型视觉导航自主车的主要目标是研究在结构化道路环境下的自主驾驶技术[1]o 此类型无人驾驶车在视觉识别方面有所缺陷，有时不能正确识别道路出口。

基于STM32的智能循迹避障小车【摘要】本文介绍了一款基于STM32的智能循迹避障小车。

在引言中，我们简要介绍了背景信息，并阐明了研究的意义和现状。

在我们详细讨论了STM32控制系统设计、循迹算法实现、避障算法设计、硬件设计和软件设计。

在结论中，我们分析了实验结果，讨论了该小车的优缺点，并展望了未来的发展方向。

通过本文的研究，我们验证了该智能小车在循迹和避障方面的性能，为智能移动机器人领域的研究提供了新的思路和方法。

【关键词】关键词：STM32、智能小车、循迹避障、控制系统、算法设计、硬件设计、实验结果、优缺点、未来展望1. 引言1.1 背景介绍智能循迹避障小车是一种基于STM32单片机的智能机器人，在现代社会中起着越来越重要的作用。

随着科技的发展，人们对智能机器人的需求也日益增长。

智能循迹避障小车不仅可以帮助人们完成一些重复性、繁琐的任务，还可以在一些特殊环境下代替人类进行工作，提高效率和安全性。

循迹功能使智能小车能够按照特定的路径行驶，可以应用于自动导航、自动驾驶等领域。

而避障功能则使智能小车具有避开障碍物的能力，适用于环境复杂、存在风险的场所。

通过将这两个功能结合起来，智能循迹避障小车可以更好地适应各种复杂环境，完成更多的任务。

本文旨在探讨基于STM32的智能循迹避障小车的设计与实现，通过研究其控制系统设计、循迹算法实现、避障算法设计、硬件设计和软件设计等方面，为智能机器人领域的发展做出一定的贡献。

1.2 研究意义智能循迹避障小车的研究旨在利用先进的STM32控制系统设计和算法实现，实现小车的智能循迹和避障功能，从而提高小车的自主导航能力和适应性。

研究意义主要包括以下几个方面：1. 提升科技水平：通过研究智能循迹避障小车，促进了在嵌入式系统领域的发展，推动了智能控制和算法设计的进步，增强了人工智能在实际应用中的影响力。

2. 提高生产效率：智能循迹避障小车可以应用于仓储物流、工业自动化等领域，可以替代人工完成重复、枯燥的任务，提高了生产效率和效益。

智能循迹避障小车目录摘要引言第一章绪论1.1智能小车的背景1.2智能小车的现状第二章设计方案2.1设计任务2.2方案及轨道选择2.3智能小车元件介绍第三章硬件设计3.1总体设计3.2驱动电路3.3信号检测模块3.4主控线路第四章软件设计4.1主程序模块4.2电机驱动程序4.3循迹模块4.4避障模块第五章制作安装与调试作品总结致谢摘要利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。

其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。

关键词：智能小车；STC89C52单片机；L298N；红外对管引言2004年1月3日和1月24日肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号在火星不同区域着陆，并于2004年4月5日和2004年4月26 日相继通过所有“考核标准”。

火星车能够在火星上自主行驶：当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径。

据悉，中国的登月计划分三步进行：第一步，发射太空实验室和寻找贵重元素的月球轨道飞行器；第二步，实现太空机器人登月；第三步，载人登月。

随着“神舟”系列飞船和“嫦娥”月球探测卫星的成功发射，第一步接近成熟；第二步中太空机器人登月计划中的太空机器人应该能在月球上自主行驶，进行相关探测。

因此对于我国来说，类似于美国“勇气”号和“机遇”号火星车的智能车技术研究也显得迫在眉睫。

目前，城市交通的安全问题己引起各国政府有关部门的高度重视和全民的关注，专家、学者在分析城市交通事故的原因时，普遍认为事故原因主要包括：人员素质、运输车辆、道路环境和管理法规等四个方面，而车辆性能的提高即研发高性能的智能汽车是其中很重要的一个环节。

美国研究认为，包括智能汽车研究在内的智能运输系统对国家社会经济和交通运输有着巨大的影响，其意义和价值在于：大量减少公路交通堵塞和拥挤，降低汽车的油耗，可使城市交通堵塞和拥挤造成的损失分别减少25％-40％左右，大大提高了公路交通的安全性及运输效率，促进了交通运输业的繁荣发展。

毕业设计（论文）开题报告自动化智能循迹机器人设计(硬件部分)一、课题的目的及意义1. 研究目的智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，随着信息技术的快速发展，智能化已经成为时代发展的需要，当人们遇到一些环境恶劣，不能人工完成的任务，可采用智能循迹机器人完成相关的任务，无需人为管理，即可完成预期所要达到或是更高的目标。

基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能循迹机器人具有十分重要的意义，可以提高劳动生产效率，改善劳动环境。

近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变人们的生活方式。

同遥控机器人不同，遥控机器人需要人为控制转向、启停和进退，而智能机器人则可以通过计算机编程来实现对其行驶方向、启停以及速度的控制，无需人为干预，它集中运用计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高技术综合体，是21世纪的科技制造点之一。

随着机器人工业的迅速发展，关于机器人的研究也就越来越受到人们的关注，全国各高校也都很重视该课题的研究，可见研究意义重大，本设计就是对智能机器人的初步研究和设计，设计好的智能循迹机器人具有自动循迹、躲避障碍物等功能。

2. 研究意义根据学校对嵌入式系统开发的需求，依据提高学生实际动手操作能力和思考能力，加强学生对现实生活中嵌入式系统的应用为参照物，智能循迹机器人全新的设计模板，良好的电路设计，机电组合，系统开发，是加强学生学习兴趣的动源，使学生可以充分发挥自主动手能力。

使学生从理论到实践的运用。

二、国内外研究概况及发展趋势现代智能机器人发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。

其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几届的电子设计大赛智能机器人又在向声控系统发展。

比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。

本次设计主要实现循迹避障这两个功能。

智能机器人的发展现状智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力自治功能。

安防巡检机器人产品介绍一、背景安保行业现状2014年，我国保安行业从业人员达到450万人，数量逐年增加，实际从业人员不足需求量的80%,需求缺口不少于112万人；保安文化程度以初高中为主，初中文化占60%，高中占25%，大学占5%，从业人员素质偏低；保安年龄20-30岁占20%，31-40岁占25%，40以上岁占55%，从业人员老龄化趋势；环境恶劣、北方寒冷低温区域的巡逻、油田油井值守、铁路桥梁值守、重点保护区巡逻等人类无法日常巡逻的场合，安保人员缺口大；国家机器换人计划，除了生产线，安保行业是另一个爆发点。

二、产品定位与传统安防系统有何区别？传统安防优势：集中安保体系，应用时间长，方案成熟稳定传统安防劣势：固定摄像头存在监控盲区，传统安防系统以被动报警为主移动安保巡逻机器人作为传统安保体系的补充，主要优势为减少人工投入，提供24全方位移动监测，突破人眼视距，在线任务调度，其核心价值在于1、减少重复性、机械性的人力巡检，将更多人力投放到人性化服务中去；2、有效弥补夜间、复杂天气情况下（雨雪等）的安保弱点，超越人的能力极限；3、降低人力成本，提升服务品质，提高服务附加值；4、开放式可扩展服务接口，改善用户体验，提高业主满意度，如搭载信息发布平台，一键呼叫客户服务等等三、产品体系体系包括安保巡逻机器人、警用巡逻机器人和安全生产巡检机器人三大类产品1、安保巡逻机器人作为园区安全卫士，执行日常巡检和信息服务应用范围：高端社区、园区、厂区、场馆、商业综合体等场地巡检。

客户对象：物业、地产、安保、生产单位。

2、警用巡逻机器人协助公安日巡和特巡的治安维稳，能否自主进行异常报警应用范围：1）安保巡逻（重要枢纽、广场、场馆、商业区、园区、社区外围…）2）安保戒备（重大展会、重大赛会、群体活动、…）。

3、安全生产巡检机器人用于进行生产环境监管，主要功能为表计读取和危化监测应用范围：1）危化特种巡检（高磁、高温/低温、高辐射、有害气体等特种环境下的生产设备安全巡检）2）设施/设备巡检（机房设备，无人生产车间）四、产品说明安防巡检机器人技术参数：安防巡检机器人相关功能与参数（部分为可选）：主要功能模块介绍1、自主执行任务。

基于计算机视觉的四旋翼无人机自主悬停方法研究作者：邵帅廖仙华代南明来源：《科技风》2016年第11期摘要：为实现四旋翼自主飞行并最终定点悬停，设计一种基于计算机视觉的自主飞行控制方法，充分考虑了视觉系统的特点，选用小巧，便携，合理的实验硬件，应用摄像头采集地面信息，并初步处理，通过图像检测算法和飞行控制算法结合，识别地面明显的黑线循迹标志，使四旋翼不断循着标志物来找到悬停点，并实现定点悬停[ 1 ]。

考虑到飞行高度的控制，实验中还加入了超声波定高模块。

实验结果表明，系统较为可靠，在室内环境下，实现了四旋翼自主悬停。

关键词：计算机视觉；四旋翼；自主飞行；悬停目前，旋翼无人机得到了广泛应用，实现旋翼无人机在空中的准确定点悬停，具有非常重要的意义。

本项目对基于计算机视觉伺服技术的四旋翼自主悬停进行研究，利用视觉伺服控制技术[ 2 ]，实现旋翼无人机完成目标视觉捕捉，并解决其在复杂环境下的准确悬停。

视觉伺服控制与传统传感器控制的旋翼无人机相比，具有较明显的优点：更高的灵活性、更高的精度、对旋翼无人机标定误差具有更强的现实作用。

1 系统概述四旋翼要求即时处理图像并且需要装入opencv资源库，所以选用处理速度快，运算强大的的树莓派处理芯片，摄像头方面，配置一款重量轻，体积小，视角广，采集图像清晰的摄像头。

在树莓派芯片中，装入window系统，我们所采用的软件算法都是在vs2010上实现的，在图像处理上采用opencv库。

通过摄像头采集到的图像信息，经过灰度化，边缘检测等初步处理，通过图像检测算法和飞行控制算法结合，识别地面明显的黑线循迹标志，使四旋翼不断循着标志物来找到悬停点，并实现定点悬停。

2 飞行控制的实现智能控制算法对于飞行器来说是非常优秀的控制策略[ 1 ]，但其非常复杂的浮点型以及矩阵运算对处理器的计算能力要求过高，对微型低成本飞行器是个很大的限制，PID 算法的鲁棒性和可靠性强且算法简单，被广泛运用于过程控制和运动控制的，对飞行器姿态有非常卓越的控制性能，我们采用外环角度PID控制和内环角速度PID控制的双闭环的PID控制器。

深入解析AGV磁钉导航方案
 自动导引车（AGV）有很多种导航方式，比如磁条导航、磁钉导航、色
带导航、二维码导航、激光导航、视觉自然导航等。

其中磁条导航最为常见，因为AGV的整个行驶路径都有磁条提供连续的导航信息，所以使用简单、
安全性高。

缺点是磁条因被碾轧或腐蚀而损坏，不易于维护。

色带导航与磁条导航有类似的优点，但是和二维码导航一样都属于视觉类导航，对应用环境有较高要求。

需要始终保持色带和二维码清晰、整洁，所以也不易维护。

激光导航通过激光雷达探测地形的方式获取整个工作环境的地图，可以自主规划路线，有较高的灵活性和易维护性。

但是成本较高，技术难度大。

磁钉导航方案是用磁钉来替代磁条为AGV行驶提供导航信息，相比磁条不容易
损坏，相比二维码和色带导航对环境要求低，相比激光成本很低，虽然磁钉导航有很多优点，但是相对于磁条导航，使用上仍然比磁条导航要复杂。

下面我们就介绍一下苏州曼普拉斯传感器科技有限公司提供的磁钉导航方案及原理。

 磁钉导航和磁条导航一样都需要磁导航传感器来定位AGV相对于路径的左右偏差。

由于磁钉导航不可能像磁条一样连续铺设，而且为了方便铺设和维护一般相邻两个磁钉的间距至少达到1米以上。

这样AGV在磁钉与磁钉
之间就失去了导航信息（简称盲区），在盲区运行是不可预料和不安全的。

因此磁钉导航和二维码导航一样需要采用角度传感器来为AGV提供航向角度，引导AGV正确运行在磁钉与磁钉之间。

如下图1所示：。