简易智能小车
智能循迹小车详细制作过程
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。
智能小车实验报告
智能⼩车实验报告简易智能电动⼩车摘要：本系统基于运动控制原理，以MSP430为控制核⼼，⽤红外传感器、超声探头、光敏电阻、霍尔传感器之间相互配合，实现了⼩车的智能化，⼩车完成了⾃动寻迹、避障、寻光⼊库、铁⽚检测、⾏程测量的功能，整个系统控制灵活，反应灵敏。
关键词：MSP430 传感器运动控制系统Abstract:This system based on motion control principle, as control core, with MSP430 infrared sensors, ultrasonic probe, photoconductive resistance, hall sensors, realize the interaction between the intelligent of the car, the car completed the automatic tracing, obstacle avoidance, found the light inventory, iron detection, the function of the trip, the whole system measurement control flexible, sensitive reaction.Keywords: MSP430 sensor motion control system⽬录摘要： (2)⼀、⽅案的设计和论证 (4)1、控制器的选择 (4)2、执⾏部件电动机 (5)3、电机驱动 (5)4、传感器 (6)4.1、引导线的检测 (6)4.2、⾦属的探测 (6)4.3、路程的测量 (7)4.4、障碍物的探测 (7)4.5、寻光⼊库 (8)5、电源 (8)6、系统总体设计⽅案 (8)⼆、硬件设计 (9)1、前向通道 (9)1．1、循迹 (9)1.2、⾦属探测 (11)1.3、路程测量 (11)1.4、避障 (12)1.5、寻光⼊库 (14)2、后向通道 (14)2.1、步进电机驱动 (14)2.2、直流电机驱动电路 (15)2.3、声光信号 (15)3、电源 (16)三、软件设计 (16)四、综合调试 (18)五、测试结果与分析 (18)六、总结分析 (18)七、参考⽂献 (19)⼀、⽅案的设计和论证根据题意可知，本系统是由电动机、功率放⼤与变换装置、控制器及其相应的传感器所构成的典型运动控制系统，其整体结构如图1所⽰：将题中所给的各个指标转化为数字信号，并将其当作给定信号送给控制器，经过必要的算法处理，最后通过执⾏部件电动机反映⾄⼩车的运动状态上，传感器的作⽤在于实时检测⼩车的这种状态，并将运动的⾮电量转换为电压信号反馈给控制器，从⽽构成整个运动控制系统。
太阳能小车制作方法
太阳能小车制作方法
太阳能小车是一种采用太阳能作为能源的玩具小车，它能够通过
太阳能发电，驱动小车运行，是孩子们非常有趣的玩具。
太阳能小车
制作过程不难，只需要按照一定步骤来完成，就可以制作出一辆太阳
能小车。
首先，我们要准备所需的材料，主要包括：木板、小车底座、太
阳能电池板、摩擦棒、汽车电机、铝条、铝箔、木棍、黑塑料柱等。
木板要剪成4个小车垫子，太阳能电池原池板要用汽车电机驱动，两
个轮子要固定到木板的四角，中间的两个摩擦棒要固定在底座上，木
棍要和黑塑料柱组装在小车的前后，另外，用铝条和铝箔固定两个电机，安装完后，就可以把电池原池板从太阳能电池板中取出，然后把
太阳能电池板安装上结构，最后再将太阳能电池板连接上电池原池板，这样就完成了小车的制作。
太阳能小车制作并不是一件难事，能够给孩子们带来很多乐趣，
而又不会耗费家庭的电量，只要用心，就可以轻松制作出有趣的太阳
能小车来。
简述智能小车的组成部分
智能小车是一种能够自主运行和执行任务的汽车，它通常由以下几个主要组成部分构成：1. 底盘（Chassis）：底盘是智能小车的基本框架，它支撑和承载其他组件。
底盘通常由金属或塑料制成，具有足够的强度和稳定性。
2. 电动机（Electric Motors）：电动机是智能小车的动力源，提供驱动力以实现车辆的前进、后退和转向等运动。
智能小车可能搭载一个或多个电动机，其类型可以是直流电机、步进电机或无刷电机等。
3. 传感器（Sensors）：传感器是智能小车的感知器官，用于感知周围环境的信息。
常见的传感器包括红外线传感器、超声波传感器、视觉传感器（如摄像头）、陀螺仪、加速度计等。
传感器收集的数据可以用于避障、测距、物体识别等功能。
4. 控制器（Controller）：控制器是智能小车的大脑，负责处理传感器的数据，并做出相应的决策和控制。
控制器可以是单片机、微处理器或嵌入式系统，它通过算法和逻辑来控制电动机、传感器和其他组件的操作。
5. 电源系统（Power System）：电源系统提供智能小车所需的电能。
它通常由电池组成，可以是干电池、锂电池或者其他可充电电池。
电源系统还可能包括电源管理模块，用于监测和管理电池的充电状态和供电情况。
6. 控制算法和软件（Control Algorithms and Software）：控制算法和软件是智能小车的灵魂，它们实现了小车的自主决策和行为控制。
这些算法和软件可以包括路径规划、避障、目标跟踪等功能的实现，通常由程序员编写和优化。
除了以上主要组成部分，智能小车还可以包括其他辅助设备和附件，如车灯、喇叭、蓝牙或Wi-Fi模块等，以增加其功能和交互性。
总而言之，智能小车的组成部分包括底盘、电动机、传感器、控制器、电源系统以及控制算法和软件。
这些组件协同工作，使智能小车能够感知环境、做出决策，并自主地执行各种任务。
科技小发明制作简易遥控汽车
科技小发明制作简易遥控汽车在科技飞速发展的今天，遥控汽车已经成为孩子们喜爱的玩具之一。
然而，市面上的遥控汽车价格不菲，且缺乏自己动手制作的乐趣。
今天，就让我们一起探索如何亲手制作一辆简易遥控汽车，感受科技与创意的奇妙结合。
一、所需材料要制作一辆简易遥控汽车，我们需要准备以下材料：1、一块小型电路板2、一个直流电机3、一组电池（可选用干电池或充电电池）4、一个遥控器（可以购买现成的遥控模块）5、一些电线6、一个塑料或木质的车架7、四个车轮8、螺丝、螺母等固定零件9、电钻、剪刀、钳子等工具二、制作步骤1、首先，我们需要搭建车架。
可以使用塑料板或者木板，根据自己的设计剪出合适的形状，然后用螺丝和螺母将其固定成一个框架。
确保车架足够坚固，能够承受汽车运行时的震动和冲击。
2、接下来，安装车轮。
将四个车轮通过轴安装在车架的四个角落，并确保车轮能够自由转动。
3、把直流电机固定在车架上，通常可以选择在车架的后部中间位置。
使用螺丝将电机固定牢固，然后用电线将电机的正负极与电池盒连接起来。
4、在车架上合适的位置安装电池盒，将电池放入其中，并连接好电线，为整个电路提供电源。
5、关键的一步是安装电路板。
将电路板固定在车架上一个便于操作和保护的位置。
然后，根据电路板的说明书，将电机、电池和遥控器的接收模块与电路板进行正确的连接。
6、完成电路连接后，我们需要对遥控汽车进行调试。
打开遥控器和汽车电源，测试电机的转动方向和速度是否正常。
如果电机转动方向不正确，可以通过调换电机的正负极电线来解决。
三、原理介绍简易遥控汽车的工作原理其实并不复杂。
遥控器发出特定频率的信号，汽车上的接收模块接收到这个信号后，将其传递给电路板。
电路板根据接收到的信号指令，控制电机的转动方向和速度，从而实现汽车的前进、后退、左转和右转等动作。
在这个过程中，直流电机起到了将电能转化为机械能的作用，它带动车轮转动，使汽车能够行驶。
而电池则为整个系统提供了所需的电能。
基于单片机的多功能智能小车设计
基于单片机的多功能智能小车设计智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。
智能电动车就是其中的一个体现。
本次设计的简易智能电动车，采用AT89S52单片机作为小车的检测和控制核心；采用金属感应器TL-Q5MC来检测路上感应到的铁片，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，并且单片机选择的工作模式不同也可控制小车顺着S形铁片行驶；采用霍尔元件A44E检测小车行驶速度；采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间、行驶距离、平均速度以及各速度区行驶的时间。
本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。
目录1 设计任务 (3)1.1 要求 (3)2 方案比较与选择 (4)2.1路面检测模块 (4)2.2 LCD显示模块 (5)2.3测速模块 (5)2.4控速模块 (6)2.5模式选择模块 (7)3 程序框图 (7)4 系统的具体设计与实现 (9)4.1路面检测模块 (9)4.2 LCD显示模块 (9)4.3测速模块 (9)4.4控速模块 (9)4.5复位电路模块 (9)4.6模式选择模块 (9)5 最小系统图 (10)6 最终PCB板图 (12)7 系统程序 (13)8 致谢 (46)9 参考文献 (47)10 附录 (48)1. 设计任务：设计并制作了一个智能电动车，其行驶路线满足所需的要求。
1.1 要求：1.1.1 基本要求：（1）分区控制：如（图1）所示：（图1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线）。
在第一个路程C~D区（3～6米）以低速行驶，通过时间不低于10s；第二个路程D～E区（2米）以高速行驶，通过时间不得多于4秒；第三个路程E~F区（3～6米）以低速行驶，通过时间不低于10s。
《智能小车概述》PPT课件
•
三、CPU/MCU接口技术：外围的与程序接口例如：IIC总线、SPI总线……
•
四、PCB制板技术： 基本的2层板与4层板的制作，EMI和EDS的干扰避免
•
五、VHDL与Verilog HDL等给予硬件的软件设计
3） 智能车对于硬件的要求：
一、熟悉2层电路板的绘制：Protel、 Altium Designer 并合理布局（EMI） 二、数字电路与模拟电路的处理
• 解剖智能车 1) Laser 2) CCD/CMOS 3) electromagnetism
• 学做智能车
总体介绍
•汽车动态分析 •车速控制系统 •方向控制系统 •赛道检测系统 •电子控制系统 •策略规划系统 •行为决策系统 •路况记忆系统 •数据传输系统
简易电磁循迹智能小车
应用场景
教育实验
作为教学实验设备，帮 助学生了解电磁感应、
自动控制等原理。
科研项目
作为研究平台，用于探 索智能车辆、传感器技
术等领域的研究。
自动化运输
在特定场景下，如工厂 、仓库等，用于物品的
自动运输和分拣。
娱乐设备
作为玩具或表演道具， 提供智能化的行驶体验
。
02
硬件组成
控制器
控制器是小车的核心部件，负 责接收指令并控制小车的运动 。
详细描述
在智能小车上安装无线接收模块，通过遥控器发送控制信号，实现对小车的远 程控制。遥控器可以控制小车的启动、停止、转向以及速度调节等操作。
THANKS
感谢观看
常见的电磁信号处理算法有滤波、阈值判断、波形识别等，它们可以根据实际情况 进行选择和调整。
电磁信号处理算法还需要考虑噪声和干扰的影响，以及不同材质和环境条件下的变 化，以确保智能小车的准确性和可靠性。
04
调试与优化
调试步骤
01
02
03
04
硬件检查
检查小车的硬件连接是否正确 ，包括电机、电池、传感器等
案例二：自动避障功能演示
总结词
智能小车在行驶过程中能够自动识别障碍物并实现避障。
详细描述
通过在小车前方安装红外或超声波传感器，当小车接近障碍 物时，传感器能够检测到障碍物的存在并发送信号给控制器 ，控制器根据接收到的信号调整小车的行驶方向，实现自动 避障功能。
案例三：无线控制功能演示
总结词
通过无线遥控器对智能小车进行远程控制。
。
软件编程
根据设计要求编写控制程序， 确保小车能够按照预设路径行
驶。
测试运行
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系统可以分为四个
基本模块
一片８９Ｃ５２
作为主机
主从机之间用单片机通信联系
对各模块的实现１．测金属计算路程模块
金属探测使用接近开关
方案一 在小汽车前后各放一个接近开关Ｊ１
相距为Ｌ
Ｊ２探测到金属
片前端的时间是ｔ２
Ｊ２探测到金属片后端的时间
是ｔ４
则小车的速度为Ｌ／（ｔ２－ｔ１）
ｔ１＋Ｌ
由于小车启动时是加速运动方案二 在小车的前端放置一个接近开关
单片机
记下脉冲数和时间
就可以算出小车的平均
速度
光电传感器可以通过两种方法得到脉冲
数
通过黑白对光线的反射强
弱不同产生脉冲
并且经常使用
另一种方法是
按照光电编码盘的原理使
用光电开关进行测速
所以这种方法
也不容易实现安
装也很方便
所以小磁铁的放
置数量是有限的
所以很难实现
精确均匀分布
综合以上方案
我们本着节约的原则没有采用
光电传感器不
方便安装
所以也没有采用
考虑到本题对速度要求
不是太高
２．电动机驱动调速模块
方案一 在电动机前段加电位器使
之分压减少以降低转速
从
而避免突然加速对系统的冲击
这种方案的缺点是调节转速需
要人工手动调节电位器小
车刹车时由于电容放电不能及时刹车
用单片机控制Ｌ２９８的输
入使之工作在占空比可调的开关状态
电子开关的速度
很快缺点是小车启动
时车轮容
易打滑
我们选择第二
种
根据以往的实践经验我们特别加了一个
时钟模块以统一整个系统的时间
减少因为时
间不统一而出错的几率
４．主控模块
主控模块是系统的核心
躲避障碍物
跟踪黑线的大致原理是
由于黑线和白纸的反射
系数不同
方案一 采用直流不调制的反射式
红外发射经过电压比较器比较后送入单片机
并且将输出电压规
范到两个标准值
考虑不理想的原因主要是
周围环境光线的干扰
接收器
如果采用带有交流分量的调
制信号另
外
如果使用占空比小的调制信
号瞬时电流
可以很大
基于上述考虑５．躲避障碍物的选择
躲避障碍物有以下两种方案可供选
择
超声波传感
器的原理是
超声波碰到物体反射回超声波传感器
ｔ／２
计算出小车同障碍物之间的距离
方案二 反射式红外线光电传感器
因为它只在２００３年全国大学生电子设计竞赛一等奖
简易智能电动车（Ｅ题）
图
１
大于阀值距
离则输出高电平
确定一条比较精确的路
线
由于时间的限制虽然通用性比较差６．电源选择
方案一 所有器件采用单一电源
但是由于我们的小车有两台电机
而且ＰＷＭ驱动
的电动机电流波动较大
有毛刺等干扰
缺点十分明显
将电动机驱
动电源与单片机以及其周边电路完全隔
离这样做虽然
不如单电源方便灵活
提高了系统稳
定性
故采用方案二
１
都采用ＰＷＭ控
制技术
前轮电机采用ＰＷＭ调节小车
的转角
所以为了节省时间我
们直接采用这个电路来控制前轮
以保证
电动机启动瞬间的８Ａ电流要求
当Ｕ１
为高电平
Ｑ２
Ｑ４
当Ｕ１
为低电平
Ｑ２
Ｑ４
电动机反转
通过Ｄ１
起到了保护电动机的作用
这
样不仅增加了各系统模块之间的隔离度
我们采用电机控制专用芯片Ｌ２９８来控制后轮电机
可以用来
驱动２个直流电动机或步进电动机等感
性负载可
靠性高由
图３
可见
其输出脚
用来
连接电流检测电阻
４脚为电机驱动电源
Ｖｓ７１２脚输入标准ＴＴＬ逻辑电平信号
６
控制逻辑如图
３ｂ
允许驱动电压
Ｖｓ＝５０Ｖ
直流
允许输出电流Ｉｏ（ＭＡＸ）＝２Ａ
ｓ）允许功耗Ｐｔｏｔ＝２５Ｗ （ＴＣＡＳＥ＝７５
峰值电流
可达３Ａ
则可以输出２Ａ的电流
这时
Ｌ２９８的外围电路和控制都比较简
单
以下几个因素是必须考虑的
Ｌ２９８的允许采样电
压是
２．３Ｖ
Ｌ２９８的允许电流和允许功率限制
驱
动电源电压为
Ｕ则上
述条件限制可以表示为
７．６￣７．８Ｖ
镍氢电池
１５．４Ｖ或Ｕ３
节电池串联
１５．４Ｖ令
Ｒｓ＝１
因
为实际电机电流不可能达到２Ａ２３．１Ｖ
必须强制ＩＭＡＸ
＜２．５／（Ｕ－２．５）＝１．２Ａ是比较稳妥的也
还可以正常工作
时芯片会烧毁
不论Ｒｓ＝１
ＩＭＡＸ都会比较大
以选择５Ｗ系列的电阻为
宜
图５为用Ｌ２９８驱动直流电机的整体电路图
脉宽输入
转动方向
） 路面黑线检测电路的设计与实
现
为了检测路面黑线
如图６所示
３
小车
经过铁片会分别给单片机一个下降沿和
一个上升沿脉冲
接近开关亦称无接触开关
它由振荡器和整形放大
器组成
当金属体接近
感应区时
从而吸
收了振荡器的能量由整
形放大转换成电信号
霍尔速度传感器的使用原理图如
图７
所示霍尔元件
产生
完成脉冲数到距离的转换
４
路程
电路如图８所示
５
其中６节
电池为前后电机和接近开关提供９Ｖ电
压
电路如图９所示
６
让单片
机记住这条路线
感光电路是两个光敏三极管
当两个光敏三极管的信
号同时为低时
这样就找到了光源
喇叭口与灯光成一个角
度
实现停车各个
模块在车上用机械方法固定
真正实现了硬件模块
化
在我们自己
的测试场地里有很多脚印
系统的软件设计
１．方案比较与分析
方案一 本系统可以采用单ＣＰＵ或两片ＣＰＵ
通过中断相连接
每片ＣＰＵ资源利用率比较高
多
个单片机为从机
这样结构比较复杂
由于在本题中我们使用了四种共１０
个传感器所以我们采用一个主机带三个从机的多机通信方式来
控制
使我们在控制上有很大的灵活性
以便进一步完善
小车功能
软件的总体设计思想
本软件系统设计运用分时多任务与
面向对象的编程思想
单片机控制电路主
要由一片８９Ｃ５２和三片８９Ｃ２０５１
组成
负责对
三片８９Ｃ２０５１控制与监视
０ｘ０２
其中负责时间发生与
任意大小延时监视
负责电机的正转反转调速
０ｘ０３
为辅助信息采集器（ＣＯＬＬＥＣＴＯＲ）
并分析反馈给主机
但考虑到小车寻迹信号
对这些信
号要求迅速
内部资源相对宽
松
软件流程图如图１２
所示
３．软件所实现
的功能
计
算
并储存
３
产生ＰＷＭ
信号
使小车的速度占
空比等几个参数可调
非常方便
第一
块铁片中线距起点实际距离为９３ｍ
ｍ
第三块铁片中线距起点实际距
离为１８０ｍｍ
主要是因为只用一片霍尔开关的精度不是很高
太快容易冲出跑道
图
１２
系统检测部分选择的传感器合理
跑道下金属物
并建立一些较优良的测试算法
测速
电
动车驱动采用了双电机牵引方案
为系
统执行部件的可靠工作提供了保证
电路设计体现了模块化思想
因而系统安装并具
有较大的灵活性
作品的避障功能采用了编程预置运行线路进行绕障的方案
此外
以上不足在其它参赛作品中也较普遍地存在
武汉大学电
子信息学院教授
使小车跑完全程
大约需要３３
秒左右
结束语
这次制作的小汽车可以说是对上
次竞赛题目的升级
由于时间太紧
比如非
常耗电等
通过
比赛使我们在原来的基础上又学到了
很多知识
培养了团队精神
图
９。