智能小车跟随系统的设计与制作
智能跟随小车设计
智能跟随小车设计喻语嫣*肖明杰(武汉文理学院信息与计算机学院 湖北武汉 430345)摘要：随着我国智能行业的飞速发展，解放人类劳动力的理念不断普及，智能跟随小车出现在人们视野里，它可以解放人们双手，提高物品搬运的效率，减轻人们的负担同时为其他工作节约时间。
基于此，该文设计了一款基于红外技术和超声波测距的智能跟随小车。
小车以AT89C52芯片为核心控制器，3个人体红外传感器HC-SR501用于识别人所在的位置，把识别到的信号通过核心控制器传送给L298N电机驱动模块，从而实现对小车转向和行驶的控制；超声波传感器HC-SR04用于检测人与小车之间的距离，当距离小于0.5 m时，实现小车报警同时后退，保证人与小车之间的安全距离，防止发生碰撞。
样机测试结果显示，小车能在 4 m 以内对人自动跟随，并与人保持0.5 m的安全距离，防止碰撞，具有一定的实用价值。
关键词：AT89C52 红外技术 超声波测距 跟随小车中图分类号：TP23文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)18-0033-07Design of Intelligent Following CarsYU Yuyan*XIAO Mingjie(School of Information and Computer, Wuhan College of Arts & Sciences, Wuhan, Hubei Province, 430345 China) Abstract:With the rapid development of the intelligent industry in China, the concept of liberating human labor force continues to be popularized, and the intelligent following car appears in people's vision. It can free people's hands, im‐prove the efficiency of goods handling, reduce the burden and save time for other work. Based on this, this paper designs an intelligent following car based on infrared technology and ultrasonic ranging. The car uses the AT89C52 chip as its core controller, uses three pyroelectric infrared sensors HC-SR501 to identify the position of the person, and transmits the identified signal to the L298N motor drive module through the core controller, so as to realize the control of the car's steering and driving. It uses the ultrasonic sensor HC-SR04 to detect the distance between people and cars, and the car gives and alarm and retreats at the same time when the distance is less than 0.5m, so as to ensure the safe distance be‐tween people and cars and prevent collision, which has certain practical value.Key Words: AT89C52; Infrared technology; Ultrasonic ranging; Following car近年来，随着科学技术的飞速发展，智能移动机器人技术也在不断发展，传统的机械运输方式有被取代的趋势。
智能小车自动跟随课程设计
智能小车自动跟随课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解智能小车自动跟随系统的基本原理，掌握相关的传感器使用和编程基础知识；2. 学生能描述自动跟随算法的基本流程，了解其在实际应用中的优势；3. 学生了解智能小车自动跟随技术在现实生活中的应用场景，认识到科技与生活的紧密联系。
技能目标：1. 学生能运用所学的编程知识，对智能小车进行编程控制，实现自动跟随功能；2. 学生能通过小组合作，共同分析问题、解决问题，提高团队协作和动手实践能力；3. 学生能够运用所学知识，对智能小车自动跟随系统进行优化和改进。
情感态度价值观目标：1. 学生对智能小车自动跟随技术产生兴趣，激发探索未知、勇于创新的科学精神；2. 学生在课程学习过程中，培养良好的团队合作意识，学会倾听、尊重他人意见；3. 学生通过学习智能小车自动跟随技术，认识到人工智能技术对生活的积极影响，增强社会责任感和使命感。
本课程针对初中年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，明确以上课程目标。
通过本课程的学习，学生能够掌握智能小车自动跟随技术的基本知识和技能，培养团队合作精神和创新意识，提升对人工智能技术的认识和兴趣。
后续教学设计和评估将围绕以上目标进行，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 智能小车基础知识：- 介绍智能小车的基本结构及其功能；- 了解不同类型的传感器及其在智能小车中的应用；- 学习智能小车编程所需的基础知识。
2. 自动跟随算法原理：- 讲解自动跟随算法的基本原理和流程；- 分析不同自动跟随算法的优缺点；- 探讨自动跟随算法在实际应用中的挑战和解决方案。
3. 智能小车编程与控制：- 教授如何使用编程软件对智能小车进行编程；- 学习如何利用传感器数据实现自动跟随功能；- 实践中遇到的问题及解决方法。
4. 小组合作与实际操作：- 分组进行智能小车自动跟随系统的设计与搭建；- 各小组展示作品，分享经验，进行交流与评价；- 针对存在的问题进行优化和改进。
智能循迹小车设计与实现
智能循迹小车设计与实现摘要：智能循迹小车是一种能够根据预设的路径自动行驶的装置。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程，包括硬件设计、软件编程以及测试和优化等内容。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，实现了小车的自动行驶功能。
实验结果表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
关键词：智能循迹小车，光电传感器，电机驱动模块1.引言智能循迹小车是一种基于传感器和控制模块的自动驾驶装置。
它能够通过感知周围环境并根据预先设定的路径进行行驶。
智能循迹小车在工业生产、仓储管理和物流配送等领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
2.硬件设计主控模块采用单片机作为核心处理器，并配备了存储器、通信接口和控制信号输出等功能。
传感器模块主要由光电传感器组成，用于感知小车当前位置和行驶方向。
执行器模块由电机驱动模块组成，用于控制小车的移动。
3.软件编程传感器数据采集模块负责读取光电传感器的输出信号，并进行信号处理和滤波。
路径规划模块通过分析传感器数据，确定小车当前位置和行驶方向，并根据预设的路径规划算法，确定下一步行驶方向。
运动控制模块通过调节电机驱动模块的输入信号，控制小车的运动。
4.测试与优化为了验证智能循迹小车的性能，我们进行了一系列的测试和优化。
首先，我们对传感器进行了校准，以确保其输出信号的准确性。
然后，我们在实际场景中对小车进行了测试，包括行驶精度、速度和稳定性等方面的测试。
根据测试结果，我们对软件进行了调优，并对硬件进行了优化，以提高智能循迹小车的性能。
5.结论本文介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，我们实现了小车的自动行驶功能。
实验表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
未来，我们将进一步改进小车的设计和算法，以提高其性能和适应性。
智能小车的设计与制作
智能小车的设计与制作（二）引言概述智能小车作为当今智能科技领域的一项重要研究课题，具有广泛的应用前景和深远的影响力。
在智能小车的设计与制作过程中，需要综合应用计算机科学、机械工程、电子技术等多个学科领域的知识和技术。
本文将对智能小车的设计与制作进行详细阐述，旨在为从事相关领域研究的人员提供一些指导和参考。
正文内容：一、硬件设计1.选择合适的底盘结构：根据智能小车的用途和环境要求来选择合适的底盘结构，包括四轮驱动、两轮驱动、全向轮等类型。
2.电源系统设计：设计合理的电源系统，包括电池容量的选择、充电电路的设计以及电源管理模块的选用。
3.传感器选择和布局：根据智能小车的功能需求，选择合适的传感器，如红外线传感器、超声波传感器、摄像头等，并合理布局在小车上。
4.控制器选用：根据小车的复杂程度和功能要求，选择合适的控制器，如单片机、Arduino、树莓派等。
5.软件与硬件协同设计：设计合理的软件与硬件协同设计方案，确保硬件能够有效地被控制和驱动。
二、感知与决策系统1.数据采集与处理：通过传感器采集环境信息，并进行合理的数据处理与滤波，从而得到准确的环境状态信息。
2.环境地图构建：基于传感器数据和定位系统，构建环境地图，并将其应用于路径规划、避障等问题。
3.目标检测与识别：通过图像处理和机器学习技术，进行目标检测与识别，实现对场景中目标物体的感知与识别。
4.位置与姿态估计：利用定位系统和传感器数据，对小车的位置与姿态进行估计，以便实现精确的运动控制。
5.决策与规划算法：根据环境信息和目标要求，设计有效的决策与规划算法，使小车能够做出正确的决策和路径规划。
三、运动控制系统1.底盘控制算法：设计底盘控制算法，实现小车的运动控制，包括速度控制、转向控制等。
2.摄像头云台控制：设计摄像头云台控制算法，实现对摄像头方向的控制，以便进行目标跟踪和图像采集。
3.避障算法：设计避障算法，使小车能够基于传感器数据来避免障碍物，保障行驶的安全性。
循迹避障智能小车设计
循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。
四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力，但结构相对复杂；两轮驱动则较为简单，但在稳定性方面可能稍逊一筹。
在选择车体结构时，需要根据实际应用场景和需求进行权衡。
为了保证小车的灵活性和适应性，车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。
同时，合理设计车轮的布局和尺寸，以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。
2、传感器模块（1）循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。
常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。
光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置；红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。
在实际应用中，可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。
为了提高循迹的准确性，通常会在小车的底部安装多个传感器，形成传感器阵列。
通过对传感器信号的综合处理，可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。
（2）避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。
常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。
超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离；激光传感器则利用激光的反射来计算距离；红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。
在选择避障传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。
一般来说，超声波传感器测量范围较大，但精度相对较低；激光传感器精度高，但成本较高；红外测距传感器则介于两者之间。
3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分，负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。
常见的控制模块有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PIC、AVR 等）。
单片机具有开发简单、资源丰富等优点，适合初学者使用；微控制器则在性能和稳定性方面表现更优，适用于对系统要求较高的场合。
在实际设计中，可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。
4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转，实现前进、后退、转弯等动作。
小车自动跟踪技术的设计与应用
小车自动跟踪技术的设计与应用概述：小车自动跟踪技术是一种通过特定的设计和应用实现车辆自动跟踪目标的技术。
它可以在无人驾驶、物流配送、智能仓储等领域发挥重要作用。
本文将对小车自动跟踪技术的设计原理和应用进行详细探讨。
设计原理：小车自动跟踪技术的设计原理可以分为感知、决策和控制三个阶段。
1. 感知：感知阶段是小车自动跟踪技术最基本的环节。
它通过使用各种传感器（包括摄像头、雷达、激光等）来获取目标位置、速度和周围环境信息。
传感器数据可以通过图像处理、目标检测和跟踪等算法进行处理，以识别目标并跟踪其运动。
2. 决策：决策阶段是小车自动跟踪技术的核心部分。
在这个阶段，基于感知数据的分析和处理，系统需要进行目标跟踪、路径规划和行为控制等决策。
目标跟踪算法通过预测目标的位置和轨迹，实时调整车辆的运动方向和速度。
路径规划算法根据目标和车辆位置，计划小车应该遵循的路径。
行为控制算法则负责实施决策并控制小车的动作。
3. 控制：控制阶段是实现车辆动作的环节。
它通过将决策阶段的结果转化为实际车辆的运动控制指令。
这些指令可以包括加速、减速、转弯等动作，以确保小车能够准确地跟踪目标，并安全地驶入预定路径。
应用领域：小车自动跟踪技术在许多领域都有广泛的应用。
1. 物流配送：在物流配送领域，小车自动跟踪技术可以用于自动搬运货物。
小车可以通过感知和识别货物的位置，自动跟踪货物，并将其运送到目的地。
这种技术可以提高物流配送效率，并减少人力成本。
2. 无人驾驶：小车自动跟踪技术是实现无人驾驶的重要组成部分。
通过感知和决策阶段的处理，小车可以自动判断周围车辆和障碍物的位置，避免碰撞，并准确地跟踪预定的路径。
这种技术可以提高道路交通安全性，减少交通事故。
3. 智能仓储：在智能仓储领域，小车自动跟踪技术可以用于自动采集和运输货物。
小车可以通过感知和识别货物的位置，自动跟踪并收集货物。
它还可以通过路径规划算法，将货物准确地运送到指定位置。
这种技术可以提高仓储效率，并减少人力成本。
智能小车系统设计
智能小车系统设计简介：一、系统组成部分：1.感知模块：该模块使用多种传感器，如摄像头、雷达和激光扫描仪等，来感知车辆周围的环境。
传感器可以获取道路、障碍物以及其他车辆的信息，并将其转化为数字信号。
2.理解模块：该模块对感知模块获得的数据进行分析和处理，以理解环境中的各种情况。
它可以识别道路标志、交通信号灯、行人和其他车辆等，并将其分类和标记。
3.决策模块：该模块基于理解模块的输出，根据预定义的规则和策略进行决策。
它可以确定车辆应采取的行动，如直行、左转、右转、加速或减速等。
4.控制模块：该模块将决策模块的结果转化为控制信号，以操纵车辆的行为。
它可以控制车辆的加速、制动和转向等动作，以使车辆按照决策模块的指示行驶。
二、关键技术：实现智能小车系统需要应用多种技术，以下是几个关键技术的介绍：1.机器学习：机器学习是一种能够从数据中学习并改进性能的技术。
在智能小车系统中，机器学习可以通过训练模型来识别道路标志、交通信号灯和其他车辆等。
它可以提高系统的准确性和鲁棒性。
2.计算机视觉：计算机视觉是一种能够从图像或视频数据中提取有用信息的技术。
在智能小车系统中，计算机视觉可以用来检测和识别道路标志、行人和其他车辆等。
它可以通过图像处理和特征提取来实现。
3.路径规划：路径规划是一种能够确定车辆最优行驶路径的技术。
在智能小车系统中，路径规划可以通过预先建立地图和使用算法来实现。
它可以考虑交通状况和障碍物等因素，以找到最短路径或避免拥堵。
4.协同控制：协同控制是一种能够使多个车辆协同行驶的技术。
在智能小车系统中，协同控制可以通过车辆之间的通信和协作来实现。
它可以提高交通效率和安全性。
三、系统设计考虑因素：在设计智能小车系统时，需要考虑以下几个因素：1.可靠性：智能小车系统需要具备高度可靠性，以确保在各种复杂环境和情况下都能正常工作。
这涉及到传感器的精度和可靠性、算法的鲁棒性和系统的容错能力等方面。
2.安全性：智能小车系统需要具备高度安全性，以保护乘客、行人和其他道路用户的安全。
智能循迹小车设计与制作
方案比较：由三种方案可以看出，以Atmega 128L核心可以方便地实现对各个部分的控制和外接，而AT89S52而需要外扩大量的I/O口才能满足需要，而FPGA的高速处理能力得不到充分发挥且价格较贵，所以我们选择方案一。
3、将各元件布好局，再按要求将元件一一连接起来
4、按照各个模块的分布进行命名
注
意
事
项
1、注意一一对应。
7、智能循迹小车印制电路板的制作
航空职业技术学院
智能循迹小车印制电路板的制作工作卡
编号
7
所属项目
智能循迹小车
计划工时
2课时
共3页
学员
琚俊杰
班级
电子0903
所用器材和工具设备
序号
名 称
型号（规格）
数量
8550
插件
1
3
自锁开关
6脚
插件
1
4
单排插座
8脚
插件
1
5
单排插座
4脚
插件
1
6
单排插座
2脚
插件
1
7
排阻
10K
插件
1
8
电解电容
10UF/25V
插件
1
9
电解电容
100UF/25V
插件
2
10
瓷片电容
15P
插件
2
11
瓷片电容
104
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本科毕业论文(设计) 题目： 智能小车跟随系统的设计与制作
学院： 物理与电子科学学院
班级： 姓名： 指导教师： 职称： 完成日期： 年 月 日 1
智能小车跟随系统的设计与制作 摘要: 现在，小车跟随系统正处于研发与试用阶段，它有着多方面的优势：一方面,充分利用现有的道路资源，有效缓解交通阻塞；另一方面，可以大幅提高驾驶的安全性，减少交通事故的发生。因而推广和应用小车跟随系统已经成为解决交通问题的一个重要途径。 本文的主要研究工作是设计和制作智能小车跟随系统，整个系统包括硬件及软件两个部分。硬件部分包括控制电路，蓝牙通信电路，路径循迹电路，电源驱动电路，电机驱动电路等。软件部分主要包括通过编程使得小车按设定路径实现前进，左拐，右拐，加速，减速，并在小车前进的过程中不断调整小车所在位置等功能。 本文是以电动小车为基础，增加红外传感器，蓝牙等。利用传感器来有效地确定小车前进路径、小车所在位置等信息。单片机接收并处理传感器所产生的信号并加以一定的算法来判断两个小车的状态及其相互间距。最后通过蓝牙来进行小车间的通信，从而控制两个小车加、减速度来使得小车间距相对恒定。该智能小车跟随系统能够实现的功能有：自动循迹；保持车距；紧急停车等。
关键词：智能小车跟随系统；蓝牙通信；单片机；软件设计 2
目 录 1 引言.............................................................. 1 1.1 研究背景及意义 .............................................. 1 1.2 智能车辆研究现状 ............................................ 1 1.3 研究内容 .................................................... 1 2 功能分析.......................................................... 2 2.1 主控模块 .................................................... 2 2.2 循迹模块 .................................................... 3 2.3 电机驱动模块 ................................................ 3 2.4 电源模块 .................................................... 3 2.5 通信模块 .................................................... 3 3 硬件设计.......................................................... 3 3.1 主控硬件设计 ................................................ 4 3.2 循迹硬件的设计 .............................................. 4 3.3 驱动硬件设计 ................................................ 5 3.4 电源硬件设计 ................................................ 5 3.5 蓝牙通信串口硬件设计 ........................................ 6 3.6 本章总结 .................................................... 6 4 软件的设计与实现.................................................. 6 4.1 概述 ........................................................ 6 4.2 软件的结构设计 .............................................. 7 4.3 主要模块的实现 .............................................. 8 4.3.1循迹流程图 ............................................. 8 4.3.2 电机驱动流程图......................................... 9 4.3.3 位置判断流程图........................................ 10 4.3.4 蓝牙通信流程图........................................ 11 4.4 本章小结 ................................................... 11 5 系统功能测试..................................................... 11 5.1 系统功能测试 ............................................... 12 3
5.2 测试结果分析 ............................................... 13 6 结论与展望....................................................... 13 6.1 结论 ....................................................... 13 6.2 展望 ....................................................... 13 参考文献........................................................... 14 致谢............................................................... 15 1 1 引言 1.1 研究背景及意义 随着经济的快速发展，城市的人口不断增加，从而城市的交通压力也越来越大。在中国的一些大中型城市，由于严重的堵车问题，上、下班路途中所消耗的时间可能会长达数个小时。此外，近些年来，交通事故频繁发生，这已经危害到了许多人的生命和财产。因此，想要解决交通问题已经不能仅仅依靠交通管理部门，更需要从科技的角度来解决这一问题。幸运的是，在最近几年传感器、单片机技术突飞猛进，受此影响，智能小车跟随技术正在逐步从可能转为现实。智能小车跟随技术是指通过车载传感系统感知道路环境，通过现代通信技术使车间进行通信，同时加以一定的算法分析，使得后车紧跟前车行驶。这一特点使得它具有如下优点：首先，充分利用道路资源，减少堵车事件发生的概率。此外，它还能够在行驶过程中探测可能发生危险事故，由于计算机有着比人脑更快的反应速度，从而能够避免交通事故的发生。 1.2 智能车辆研究现状 智能车辆的发展过程可以分为以下三个阶段： 第一阶段：20世纪50年代。在这一时期，人们刚刚开始接触研究智能车辆。尽管这一时期的智能小车系统仅能在一个固定的轨道上运行，自动化水平比较低，但已经符合智能车辆的基本要求。 第二阶段：80年代中后期。在这一阶段，随着计算机的应用与传感器技术的不断发展，智能车的研究有了较大的进展，尤其在一些发达国家，取得了巨大的进步，促使智能车辆不断深入各个实用领域。 第三阶段：90年代至今，智能车辆的研究取得了更快的发展。尤其是近些年来，随着各个国家在智能车辆的研究之中投入的人力、财力不断加大，智能小车的发展越来越快。如今，智能车辆已经不仅仅局限于科学研究和工厂使用，它也不断地走入了许多人的日常生活中。 1.3 研究内容 本设计是基本AT89S52单片机的，通过蓝牙使两个智能电动车相互通信来组成智能小车跟随系统。设计的主要内容是对电动车进行硬件电路与软件的设计。其中硬件电路主要包括控制电路，蓝牙通信电路，路径循迹电路，电源驱动电路，电机驱动电路等。其中，AT89S52单片机作为每个小车的控制核心，控制着电动车的各个模块正常工作，并通过编程使得小车按照预定路径实现前进，左拐，右 2
拐，紧急停车，加速，减速等功能。 本设计是以电动小车为基础，增加红外传感器，蓝牙等。利用传感器来有效地确定小车前进路径、小车所在位置等信息。单片机接收并处理传感器所产生的信号并加以一定的算法来判断各个小车的状态及其相互间距。最后通过蓝牙来进行小车间的通信，从而控制各个小车加、减速度来使得小车间距相对恒定。 综上所述，本设计中整个系统电路结构简单，性能相对较高。主要采用如下技术：首先是选择适当的传感器。利用传感器来实时监测小车位置并传送给单片机，单片机根据传感器所传回的信息来控制小车的两个电机运转，实现循迹行走功能。其次，利用蓝牙设备在两个小车之间进行通信，由其中一个小车的单片机来判断两小车的相对位置，从而产生控制指令，来改变小车的行驶速度。 2 功能分析 根据设计内容的要求，采用基于单片机的控制方式，使用蓝牙设备进行通信。图2-1为系统框图。
图2-1 系统框图 2.1 主控模块 目前，具有人工智能的电子产品、设备通常采用的控制器都是单片机。现在市场上的单片机厂商很多，单片机种类也不尽相同，功能更是各具特色。本文设计的是一个相对简单的控制系统，无需采用一些特殊功能的单片机。因此，根据实际条件，最终选择在两辆小车上各搭载一片ATMEL公司的AT89S52芯片作为每个小车的主控器件。图2-2为AT89S52控制原理图。