智能车实验报告分析解析

宁波大学

创新性开放实验报告题目基于光电传感器的自动寻迹小车

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光电感应智能车............................................................................................. 错误！未定义书签。

一、硬件系统…………………………………………………………………………………错误！未定义书签。

（一)硬件框图 (3)

1、电源模块 (4)

2、寻迹模块 (4)

3、驱动模块 (5)

4、测速模块 (6)

二、软件系统 (7)

（一）主程序流程图 (7)

1、电机驱动 (8)

2、舵机驱动 (10)

参考文献 (13)

光电感应自动寻迹智能车

【摘要】如果把自动寻迹小车成比例的扩大数倍，就成为真正有意义上的智能车，可以运用于军事、民用领域，对未来汽车行业的发展有一定的借鉴意义。通过光电传感器来寻找轨迹，以所编写的程序为软件支持，通过单片机计算生成相应的控制参数，驱动电机来使小车按照轨迹运动。其中小车在直线行驶过程控制参数保持不变，匀速行驶，而在小车要转弯之前则要先减速以防止小车过弯时冲出赛道，弯道过去之后在加速行驶以减少行驶时间。

【关键词】红外传感器；PID控制；自动寻迹

一、硬件系统

（一）智能小车的整体结构图

智能车通过单片机来接受和发出参数状态信号，电源模块是给智能车各个模块提供电压以使模块可以正常运作，寻迹模块则是包含着参数输送给单片机的作用，驱动模块是小车动起来的根源，测速模块是为了控制车速以使智能车平稳的沿着车道运行。

1、电源模块

在“飞思卡尔”比赛中，比赛方提供的是智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 供电，但是在单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，直流电机可以使用7.2V 蓄电池直接供电，我们采用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596）两大类。对于单片机，选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。

电源电路图：

2、寻迹模块

寻迹模块是智能车系统的关键模块之一，所寻找的路径的好坏，将直接影响竞赛的结果，我们采用的是光电传感器来寻找路径，光电传感器具有电路简单、信号处理速度快等特点。因为在赛道中由黑色轨迹线和大面积的白色区域组成，则会使发光二极管发射的光线强度不同，从而使接受到的光线强度不同，以此来指示小车前进。

红外传感器电路图：

3、驱动模块

电机驱动电路可以用MOS管搭建H桥驱动电路。采用MOS管构成的H桥电路，控制直流电机紧急制动。用单片机控制MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于MOS管工作在饱和截止状态，而且还可以选择内阻很小的MOS管，所以效率可以非常高，并且H桥电路可以快速实现转速和方向控制。MOS管开关速度高，所以非常适合采用PWM调制技术。所以我们选择了用MOS管搭建H桥驱动电路。

电机正转电路：

电机驱动电路：

4、测速模块

在比赛中常用霍尔传感器来测速。如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将

产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为U=k，d为薄片厚度，k为霍尔系数，通过对一定时间内脉冲信号数量的捕捉可以计算出车轮的速度。

霍尔传感器的电路图：

二、软件系统系统主程序流程图

1、电机驱动

因为智能车在赛道上的路径不是一条直线，它是存在弯道的，所以让小车以个加速度均匀的行驶是难以实现的，在此，我们采用在弯道里速度慢一些以保证稳定性，在直道上速度快一些以减少整体行驶时间。在软件上的计算方法采用PID控制。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型是我们选择的原因。

算法：u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]

在实验中为提高精确度，选择积分分离PID算法，即当速度误差较大时选择PD控制，可避免大的超调，又使系统有较快的相应，当速度误差较小时选择PID控制，可保证控制精度。u(k)=kpe(k)+bT i∑e（j）+T d*[e(k)-e(k-1)] b=1或0

e（k）是当前给定速度和测量速度的偏差，e（k-1）是上次的偏差。

PID控制程序：

#include

#include "global_varible.h"

void PID_Math(void)

{

signed long ee1; //偏差一阶

//signed long ee2; //偏差二阶

signed long d_out; //积分输出

if(!Flag_PID_T_OK)

return;

Flag_PID_T_OK=0;

Temp_Set=3700; //温度控制设定值37.00度

PID_e0 = Temp_Set-Temp_Now; //本次偏差

ee1 = PID_e0-PID_e1; //计算一阶偏差

//ee2 = PID_e0-2*PID_e1+PID_e2; //计算二阶偏差

if(ee1 > 500) //一阶偏差的限制范围

ee1 = 500;

if(ee1 < -500)

ee1 = -500;

PID_e_SUM += PID_e0; //偏差之和

if(PID_e_SUM > 200) //积分最多累计的温差

PID_e_SUM = 200;

if(PID_e_SUM < -200)

PID_e_SUM = -200;

PID_Out = PID_kp*PID_e0+PID_kd*ee1; //计算PID比例和微分输出

if(abs(PID_e0) < 200) //如果温度相差小于1.5度则计入PID 积分输出

{

if(abs(PID_e0) > 100) //如果温度相差大于1度时积分累计限制

{

if(PID_e_SUM > 100)

PID_e_SUM = 100;

if(PID_e_SUM < -100)

PID_e_SUM = -100;

}

d_out = PID_ki*PID_e_SUM; //积分输出

if(PID_e0 < -5) //当前温度高于设定温度0.5度时积分累计限制

{

if(PID_e_SUM > 150)

PID_e_SUM = 150;

if(PID_e_SUM > 0) //当前温度高于设定温度0.5度时削弱积分正输出

d_out >>= 1;

}

PID_Out += d_out; //PID比例,积分和微分输出}

else

PID_e_SUM=0;

PID_Out/=100; //恢复被PID_Out系数放大的倍数

if(PID_Out > 200)

PID_Out=200;

if(PID_Out<0)

PID_Out=0;

if(PID_e0 > 300) //当前温度比设定温度低3度则全速加热

PID_Out=200;

if(PID_e0 < -20) //当前温度高于设定温度0.2度则关闭加热

PID_Out=0;

Hot_T_Run=PID_Out; //加热时间控制输出

PID_e2 = PID_e1; //保存上次偏差

PID_e1 = PID_e0; //保存当前偏差

1、舵机驱动

原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目

标停止。即由pwm波产生模块计算相应的pwm波占空比，产生pwm波，驱动舵机，改变舵机前轮转角意识智能车转弯。

程序：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uinta,b,c,d; /*a、b为舵机1、2的脉冲宽度/* /*c、d为中间变量/* sbit p12=P1^2;

sbit p13=p1^3;

sbit p37=P3^7;/*输出管脚

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{p12=!p12; /*输出取反*/

c=20000-c; /*20000 /*一个周期时间20ms

TH0=-(c/256);

TL0=-(c%256); /*重新定义初值

if(c>=500&&c<=2500)c=a;

else c="20000-a"; /*判断宽度是否在正常范围内

void timer1(void) interrupt 3 using 1

{p13=!p13; d=20000-d;

TH1=-(d/256);

TL1=-(d%256);

if(d>=500&&d<=2500)d=b;

else d="20000-b"; }

void main(void)

{TMOD=0x11; /*设初值

p12=1;

p13=1;

a=1500;

b=1500; /*舵机90度的位置

c=a;d=b;

TH0=-(a/256);

TL0=-(a%256);

TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*设定定时器初始计数值

EA=1;

ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;

ET1=1; TR1=1;

PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1; /*设定中断优先级

在程序中只要改变a，a从500变化到2500，就可以让舵机从0变化到180度。