多智能小车控制（精选九篇）
多智能小车控制 篇1
智能车辆是一个新型的高新技术综合体,它运用了计算机、传感、数据传递、自动导航及人工智能等技术来实现环境感知、自主决定和自主行驶的功能。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用,随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,智能控制必将迎来它的发展新时代。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化开辟了广阔前景。
在工业领域,世界大部分地区仍在恶劣的环境中使用人工操作的危险方式,这种情况下我们研制开发的智能汽车。智能汽车是一个集环境感知,决策,和其他功能于一体的混合系统,并已经在各个领域得到了相应的应用。以工业生产为例,可以代替人类在恶劣环境下完成货物装卸以及设备的调试等任务。军事上,可以取代在危险区域的人为侦察和人工扫雷等任务。
20世纪90年代,吉林大学 利用组态式柔性制造单元以及图像识别功能研究了自动引导车。研究小组开发出的JLUIV—3实用型视觉自动导航AGV ,已投入工厂进行试用。2003年7月我国成功研制出了第一辆自主驾驶轿车。在合法驾驶规定下,自主驾驶轿车在高速公路上行驶的最高稳定速度为130公里 / 小时,最高峰值速度为170公里 / 小时,并具有超车功能,其总体性能和技术指标与世界水平相比还是比较完善的。轿车自主驾驶是通过环境识别系统来识别出道路状况并测量前方车辆的距离和相对速度的来实现安全自动的驾驶,相当于仿人驾驶 ;其环境识别系统相当于驾驶员的眼睛 ;车载电子控制系统相当于驾驶员的大脑,沿路前进或者换道超车都是通过这个“大脑”来完成和决策的。
1 整体方案研究
本文是基于AT89S51单片机的智能小车运行控制系统研究,主要包括电源管理模块、控制核心模块 (MCU)、路径识别模块、速度检测模块以及辅助调试模块。每个模块分硬件和软件两部分。软件为系统提供各种算法,硬件为系统工作提供硬件实体。系统功能模块结构图如图1所示。
2 各模块功能分析
以89C51单片机(MCU模块)为控制核心,利用循迹模块循迹黑线,从而控制智能小车的自动巡线,快慢速行驶,以及自动停车,通过遥控模块来手动控制智能小车和自动寻光功能。
从上面结构图1看到,智能小车系统是两路输入两路输出系统。速度检测模块作为速度电机的反馈控制,路径采集模块是智能小车的导航系统。小车智能的行驶通过输出两路PWM波驱动后轮电机实现的。因此结合导航系统获取前方道路信息,再结合运动控制的算法实现对速度和电机的控制是智能小车安全形式的关键所在。
2.1 控制模块
控制模块采用目前较为通用的基于单片机的最小系统模块,由必要的时钟电路、复位电路和单片机芯片即可构成,技术已经相当成熟。为了改善整个系统的体积,可以选择更为小巧的AT89S2051甚至是贴片式的单片机构成控制系统。本文只是做一个初步的研究,所以暂时采用传统的AT89S51单片机作为主控芯片。
2.2 电源管理模块
电源作为小车动力来源,为智能小车上的控制器,执行器,传感器提供可靠的工作电压,单个镍镉电池只能提供1.2V的供电电压。电源管理模块的功能对电池进行电压调节,为各个模块正常工作提供可靠的工作电压。在智能小车控制系统中,主控制模块、车速传感器模块和电压检测模块需要5V电压,舵机选用6V供电,直流电机使用7.2V蓄电池直接供电。综合以上需求最终选择采用了蓄电池加电压变换芯片的方法来解决。
2.3 路径信号识别模块
路径信号的识别是本文的研究重点,总共有3中设计方案
方案1:用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当发射二极管发射的光线经过白色的地面时,会反射强烈的光线给光敏电阻,假如发射二极管发射的光线经过黑线时,光敏电阻接收到极弱的光线,通过光敏电阻的值的大小分压跟对应的阻值的分压再经过比较输出一个对应的电平给单片机。但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作。因此我们考虑其它相对较好的方案。
方案2 :用红外发射二极管和光电三极管自己制作光电对管寻迹模块。红外发射二极管发射出红外线,当发出的红外线照射到白色的平面后反射,若光电三极管接收到很强的光线时,可以确定是在白色的路面行进,输出一个低电平,假如输出一个高电平时可以判断为检测到黑线。这样自己制作组装的寻迹模块基本能够满足要求,但是工作不够稳定,且容易受外界光线的影响,因此我们放弃了这个方案。
方案3 :用TCR5000型反射式光电传感器。TCR5000是一种一体化反射式光电传感器,其发射部分是一个砷化镓红外发光二极管,而接收部分为硅平面光电三极管。塑料透镜可以提高灵敏度。传感器内部可见光过滤器的作用是减小离散光的影响。红外发光二极管发出的光信号反射回来使光电三极管导通输出低电平。此反射式光电传感器的特点是电路结构简单,工作性能相对稳定,因此我们选择方案3。
(1)速度调节
采用比较成熟的脉宽调制法进行调速,简称PWM变换器,也就是占空比的不一,往往通过调节一个周期中高电平的所占的时间,也决定本实验中的直流电机的速度快慢。
(2)智能小车的启停、及行进过程中的相关信息检测
本系统使用的是红外对射光电传感器来对路面信息进行检测,智能小车底盘的前段放置寻迹模块,用来检测出前进方向的黑线。利用避障传感器检测障碍,还利用遥控模块来手动控制。
本系统共设计四个光电三极管,分别放置在智能小车车头的左、右两个方向,用来控制智能车的行走方向,当左边的寻迹模块接收到光照时,小车向右转动 ;当右边的寻迹模块接收到光信号时,小车向左转动 ;假如两边的光电三极管都接受到了反射回来的光信号的话,小车前进。红外发射二极管照射地面,黑线和白线所反射的光信号的强弱不同来输出一个对应的电平信号。
这个寻迹模块安装在小车前段,离地面一定的距离。小车正常启动时,红外发射管发射红外线给地面,假如经过的地面为白色,会反射光信号给红外三极管,输出一个高电平 ;智能小车路径黑线时,红外发射二极管发射的光信息会被黑线吸收掉,所以光电三极管接受不到光信号,传感器输出低电平信号送80C51单片机处理,单片机控制L298对应的口输出对应的电平控制电机的转动,来实现循迹。
3 程序分析
在进行单片机微机控制系统设计时,除了系统硬件设计外,就是如何根据每个生产对象的实际需要设计对应的程序。因此,软件设计在微机控制系统的设计中占重要地位。
本软件设计的主要任务是利用数据处理原理进行数字滤波、数据采集、标度变换以及利用控制程序使单片机按照一定方法来计算处理并输出,从而达到更好的控制电机的目的。
现重点分析一下,循迹子程序的设计。关键的程序代码如下 :
具体的左右转程序可以通过发出简单的逻辑电平来控制L298来实现。
4 结论
通过对智能小车运行控制系统的设计及研究,了解了单片机在智能控制及信号检测方面的具体应用。也为今后在信号检测专业方向的继续研究及分析打下了基础。
摘要：本文是基于AT89S51系列MCU芯片上开发的智能小车系统,具有路径识别和智能驾驶功能,通过寻线、红外线、碰撞等传感器等电路及模块,可以达到对智能小车的速度、位置、运行状况的测量,并将测量数据传送至单片机进行逻辑处理,再由单片机根据所检测的各种电平实现对智能小车的控制。
智能小车设计报告 篇2
实验设计报告书
题
目：基于STC89C52的智能小车的设计 姓
名：李如发 学
号：073321032 专
业：电气工程及其自动化 指导老师：李东京 设计时间：2010年 6 月
目
录
1.引 言..............................................1 1.1.设计意义......................................1 1.2.系统功能要求..................................1 1.3.本组成员所做的工作............................1 2.方案设计...........................................1 3.硬件设计...........................................2 4.软件设计...........................................7 5.系统调试...........................................7 6.设计总结...........................................8 7.附 录A；源程序.....................................8 8.附 录B；作品实物图片...............................10 9.参考文献..........................................11
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
基于STC89C52的智能小车的设计
1.引 言
1.1.设计意义
本智能小车的设计，首先针对大学所有学习的知识是一个很好的回顾和总结。此智能小车是基于单片机所设计的，具有自动寻迹能力，在实际的很多方面有应用。当我们进一步的改进机器人系统时，可实现更重要的功能，如可设计出自动扑火机器人等。1.2.系统功能要求
此智能小车是基于STC89C52设计的具有自动寻迹能力的小车。系统可实现跟随黑色引导线行走的能力，在行驶过程中，并能用测速传感器和光电码盘对小车速度实现实时监测。小车在行驶过程中并能实现播放美妙的音乐。1.3.本组成员所做的工作
本组成员有李如发，汪航，黄建安，韩文龙，罗莹，明菲菲，邹珊，江锐，邵进。
李如发：驱动 073321032 汪航： 电源 073522036 黄建安：最小统 073521013 韩文龙：源程序 073522007 罗莹： 传感器 073522038 明飞菲：调试 073522012 邹芬 ： 数码显示 073521025 邵琎 ： 焊接 073522017 江锐 ： 蜂鸣器 073522032
2.方案设计
智能小车主要分为传感器部分，最小系统部分，电机驱动部分，电源部分。根据功能要求，提出合理的设计方案，画出方案方框图，并对系统工作原理进行阐述。
原理，本系统的重要部分是传感器，它对整个小车的定位起到很重要的作用，由传感器检测黑线的位置，其中黑线对光能吸收，白线对光反射。利用此原
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
理将红外线传感器采集到的信号转换为数字信号并送入单片机，单片机根据收到的信号实时的控制小车的方向。控制小车的方向主要是运用pwm原理来控制电机的平均电压，从而来控制电机的转速，实现小车对黑线的实时跟踪。
3.硬件设计
硬件设计各模块电路图及原理描述 传感器模块
方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。
但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。
方案2：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。
方案3：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。我们选择了此方案。
传感器是整个系统的眼睛，这部分主要运用红外线传感器采集信号送给单片机处理。由于黑色车道对红外线传感器发出的光有吸收能力，白色地方对发出的光反射，从而当传感器在不同的地方产生不同的信号，传送个单片机。单片机根据采集的信号做出实时的处理。
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
最小系统
最小系统是整个系统的心脏，我们采用的是AT89C52芯片。
80C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
驱动模块
方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
因此我们选用了方案1。
由于最小系统和电机驱动部分的电压幅值不一样，而且电机是感性负载，在制动时可能反馈电流，因此要在最小系统和驱动模块之间采用光电隔离，所以用到了光电隔离芯片,TPL521-4
由于光耦芯片的引脚不够所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器图如下
L298是双H桥高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V，直流电流总和可达4A。其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。由L298构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式。12个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，其输出脚(1和15)用来连接电流检测电阻。第9脚接逻辑控制部分的电源，常用+5V，第4脚为电机驱动电源，本系统中为40V，第5，7，10，12脚输入标准TTL逻辑电平，用来控制H桥的开和关，16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
第6，II脚则为使能控制端。当Vs=40V时，最高输出电压可达35V，连续电流可达2A。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动两台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。电动 机的转速由单片机调节PWM信号的占空比来实现。
L298驱动电路图
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
PWM调速器的硬件组成
在整个PWM调速器中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内具有8K字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，128x8位内部RAM，AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。
电源模块
电源中我们采用LM7805稳压芯片将12v直流电源稳压成5v直流源。方案1： 采用10节1.5V干电池供电，电压达到15V，经7812稳压后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。
方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵，使用锂电池会大大超出我们的预算，因此，我们放弃了这种方案。
方案3：采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低。因此我们选择了此方案。下:
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
4.软件设计
程序流程图
5.系统调试
本系统的设计是首先完成每一小部分的设计，因此我们在没完成一个模块时就回检测调试该模块。在初次调试时我们采用的电源是又单片机开发板所带的的电源来调试的。调试过程中我们就发现了很重要的问题，由于对本设计的很多模块的没有共同的接地使得很多模块无法工作，我们的解决办法是12v的直流源稳压来供给所以的模块，然后将所以的模块连接共同的地。在驱动模块的调试中发现当光耦芯片给定信号时对lm298的输出没有反应。我们在检验时发现是由于在光耦芯片后部焊接没有焊好，出现了虚焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
块调试传感器时，我们将传感器导通，用黑色物体将传感器发射部分盖住检测输出，在将黑色物体移开，再检测输出。
6.设计总结
本文是关于基于单片机的智能小车的设计，在共同的努力下，各部分的设计均成功，在调试过程中都无误。本次设计最终实现了直流电机的动态调压，电源正常输出供电，数码管动态显示数据，蜂鸣器播放美妙的音乐，小车实现简单的转弯功能。由于本次设计中尚存在些缺陷和对寻迹程序编写困难，实现的功能不是很完美，但要求的所有功能基本实现。
本次设计中，从中的体会很多
1、本次的设计可以说设计到大学所学到的所有专业知识，是对大学所学知识的一个整体的回顾。
2、在设计中，不能一气呵成，因为所有的电路图都是自己设计的，图中尚存在不足，所以要反复的琢磨和修改。
3、设计中要注意对每焊完一部分，都要独立的进行检查调试，及时的发现错误，及时的修改
4、本次最重要的收获是从中我们看到了团队合作的重要性，任何事都不是一个人所能完成的，需要大家的共同努力才能获得最后的成功。
7.附 录A；源程序
源程序代码（主要语句要有注释）。循迹的程序 #include
sbit R=P2^0;//右边传感器 sbit L=P2^1;//左边传感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右边电机 sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左边电机 void main(){
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
delay(5);
while(1)
{
if((L==1)&&(R==1))//小车前进 {
RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
delay(5);
}
else if((L==1)&&(R==0))//小车右偏
{
RM1=1;
RM2=0;
LM1=0;
LM2=1;
//左边的电机停止转动，右边的电机转动，这样就实现了左转
delay(10);
}
else if((L==0)&&(R==1))//小车左偏
{
RM1=0;
RM2=1;
LM1=1;
LM2=0;
//右边的电机停止转动，左边的电机转动，这样就实现了右转
delay(10);}
else if((L==0)&&(R==0))//小车停车
{
RM1=0;
RM2=1;
LM1=0;
LM2=1;delay(5);
}
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
else
//左右两个电机同时启动，直线前进
{
RM1=1;
RM2=0;
LM1=1;
LM2=0;
}
}
delay(10);
}
void delay(uint z)
{
uint a,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}
8.附 录B；作品实物图片
16×16点阵LED室内电子显示屏的设计
单片机原理及应用课程设计
9.参考文献
多智能小车控制 篇3
智能车设计是一种以汽车电子为背景,涵盖控制、电子电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计。它主要由路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等功能模块组成。智能小车设计的整体功能简单概括起来就是:利用机器视觉系统,识别条带状路标,实现自主导航,并能根据小车的车速和车的位置,控制小车的转向舵机和直流驱动电机,相应调整小车的行驶方向和速度,使智能小车自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线快速、稳定地行驶,不偏离预定轨迹。车速越快则表明智能车性能越好。
2 模糊控制的特点及控制任务
模糊控制是指模糊理论在控制技术上的应用。模糊控制具有处理不明确信号的能力,它用语言变量代替数学变量或两者结合应用,用模糊条件语句来刻画变量间的函数关系,用模糊算法来刻画复杂关系,是具有模拟人类学习和自适应能力的控制系统。模糊控制不需要系统精确的数学模型,在一定的经验和试验的基础上就能得到很好的控制效果[1]。
在智能小车的导航系统识别路况后,利用转向控制算法控制智能车,使之很好地跟踪带状引导线前进,考虑到小车道路的不确定性,小车可能频繁进出弯道,要不停地调整方向来适应不同路径。小车本身由于重量、机械结构的偏差和在行驶过程中的震动,导致在建立车体的数学模型时有很大的困难,难以建立精确的数学模型。因此系统选择了模糊控制算法来控制车的方向。
3 模糊控制方案的设计
如图1所示,本系统的模糊控制器采用了双输入单输出的基本模糊控制结构,包括模糊化、知识库、模糊推理、解模糊化和输入输出量化等部分[1]。
3.1 模糊子集的选取
根据智能小车的方向控制精度及操作经验,设定输入变量为智能车导航系统给出的小车位置和道路中心的横向角度偏差(e)和角度偏差变化(e觶),其输出变量(v)是小车的前轮转角;E和EC分别为和经过输入量化后的语言变量,V为模糊控制器输出语言变量。v为经过输出量化后的实际输出值,其模糊语言变量的子集和论域分别设计为:
E:邀NB,NS,Z,PS,PB妖;
论域为邀-40,-20,0,20,40妖;
EC:邀NB,NS,Z,PS,PB妖;
论域为邀-6,-2,0,2,6妖;V:邀LB,LM,LS,M,RS,RM,RB妖;
论域为邀-45,-30,-15,0,15,30,45妖。
其中,在输入语言变量E和EC的论域中,取语言值“负大”(NB)、“负小”(NB)、“零”(Z)、“正小”(PS)、“正大”(PB)五种。输出语言变量V的论域中,取语言值各语言值“左大”(LB)、“左中”(LM)、“左小”(LS)、“中间”(M)、“右小”(RS)、“右中”(RM)、“右大”(RB)七种。
为了实现和处理方便,隶属函数均采用线性函数,各语言值的定义由图2给出的E、EC和V的隶属函数曲线来描述。
3.2 模糊规则库的建立
控制规则是模糊控制器中模糊推理的依据,是设计的核心工作,控制规则的多少视输入及输出物理量数目及所需的控制精度而定。根据智能车的运行特性及控制经验,设计模糊控制器的模糊规则表如表1所示。
3.3 模糊推理及反模糊化
控制器经模糊化得到各变量的隶属度,再经模糊推理和反模糊化得出控制量的输出值,进行控制作用。本系统采用MAX-MIN法进行模糊推理。设定e,ec,u的隶属度分别为μE,μEC,μu,则
μUk邀E,EC妖=MIN邀μEi,μECj妖
μUk邀E,EC妖=MIN邀μEi邀E妖,μECj邀EC妖妖
μU邀E,EC妖=MAX邀μUk邀E,EC妖妖
邀i=NB,NS,Z,PS,PB;j=NB,Z,PB妖
反模糊化采用重心法,计算公式[2]如式(1)所示:
通过这种反模糊方法可以确定合理的转动角度。
4 实验结果及分析
通过采集当前路况信号,对舵机的转向角进行控制,以实现对小车循迹功能的控制,智能小车前轮转向角度的输出是通过对舵机输入PWM信号的调制脉宽进行控制的。实验中测出脉宽在4162μs至4838μs之间,对应舵机转轴的转角为-45°到+45°,转向机构将舵机的转角传递到前轮的方向转角。忽略舵机的动态响应过程,在舵机处于稳态时,脉宽与前轮的方向转角存在一一对应的映射关系。因此模糊控制器的输出就是控制舵机的脉冲宽度,范围为4162~4838μs,输出时将论域定为0~676μs,即对应舵机向左或右打45°。本设计中采用的是智能小车对黑线的直接变化量作为偏差输入,在给PWM模块设置脉宽时加上4162μs的偏移量。具体的舵机转角与PWM对应关系如表2所示。
图3为小车的循迹图,图中细线为任意给定的黑色引导线,粗线为小车循迹所行驶的轨迹。
5 结语
设计将模糊控制器用于智能小车的方向控制系统,实验证明,模糊控制不需要建立精确的数学模型,在未知环境下可仿效人的智能,实现对系统的控制,从而使小车能自动调整方向,循迹运行。
参考文献
[1]张化光,孟祥萍.智能控制基础理论及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]李凡.模糊专家系统[M].武汉:华中理工大学出版社,1995.
智能循迹小车 篇4
课题名称 成员 院系 专 业 指导教师
智能循迹小车
*** 航空工程学院 电子信息科学与技术专业
***
2016年5月28日
目录 实训任务与内容..............................................................1 1.1实训任务...................................................................1 1.2 实训内容..................................................................1 2 模块设计....................................................................2 2.1 电路模块设计..............................................................2 2.1.1 硬件电路设计............................................................2 2.1.2 软件程序设计............................................................3 2.2 电机驱动模块设计..........................................................5 2.2 电源模块的设计............................................................6 2.3 传感器模块的设计..........................................................6 3 测试结果....................................................................7 4 心得体会....................................................................8 附录1电路原理图的总图........................................................9 附录2 源程序.................................................................10
实训任务与内容 1.1实训任务
1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；
2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源、以及软硬件调试的设备的基本方法； 3)自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现； 1.2 实训内容
基于AT89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线的走向实现快速稳定的循线行驶。小车系统以AT89C52单片机位系统控制处理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。2 模块设计 2.1 电路模块设计 2.1.1 硬件电路设计
图2.1 驱动系统的原理图
图2.2传感器系统的原理图
图2.3电源系统的原理图
我们选用的是三个光电开关进行寻迹。光电开关电源线接入5V的电源，三个光电开关分别接入单片机的P1.0口-P1.2口。采用两个L298N芯片作为电机驱动芯片，步进电机模块的引脚ENA和ENB分别连接P0.6口和P0.7口；直流电机模块的引脚ENA和ENB分别连接P0.4口和P0.5口。模块的INT1-INT4连接单片机的P0.0-P0.3口，另一驱动模块IN为P2.0-P2.3口，OUT1-OUT4连接两个直流电机。
小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。2.1.2 软件程序设计
图2.4 驱动系统的流程图 系统总体软件设计综上所述，本系统主要实现的各个模块算法为：电机驱动算法，寻迹算法，测速算法，LCD显示算法。系统总体程序框图如图11所示。其中在小车寻迹的过程中，会不断调用测速算法，并通过LCD将实时速度显示出来。各个数的调用关系为了控制电机1和电机2PWM信号的占空比，设置了两个变量DutyCycle1和DutyCycle2，这两个变量的值可以作为控制电机移动函数的参数控制电机的速度。规定当DutyCycle的值小于time_count时电机的使能端输出1，反之输出0，这样就可以改变PWM信号占空比，控制电机的转速了。小车转向控制小车转向控制：：小车移动中前进比较容易控制，只要让两个电机同时正转就可以了。控制小车转向时有两种策略，第一种是一个电机正转而另一个不转，第二种是一个电机正转而另一个反转。在测试中我们发现采用第一种方法当小车运动时，运动一侧的轮子会带动不运动一侧的轮子迫使小车继续运动。所以我们采用了第二种控制小车转向的方法。控制电机转向的有两个方向位，DIR_L和DIR_R，它们不同状态和电机转向之间的关系表1表所示：小车速度和方向控制的函数都已经封装在一起，通过入口参数可以进行调节。
图2.5 智能循迹小车运行图
图2.6 智能循迹小车图
2.2 电机驱动模块设计
驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，驱动电路的设计如图L298N的5、7、10、12四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速以及正反转控制。
L298驱动电机介绍：
L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个桥式的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L298来提供时序信号，节省了单片机I/O 端口的使用。L298N 接脚Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2个步进电机；in1~in4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转。
采用L298N作为电机驱动芯片。L298N具有高电压、大电流、响应频率高的全桥驱动芯片，一片 L298N可以分别控制两个直流电机，并且带有控制使能端。该电机驱动芯片驱动能力强、操作方便，稳定性好，性能优良。L298N的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。2.2 电源模块的设计
在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V，L298N芯片的电源5V和电机的电源7-15V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。
方案一：用9V的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足。
方案二：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用直流电12v供给单片机，后轮电机的电源用5V供电，这样有助于消除电机干扰，提高系统的稳定性。
基于以上分析，我们选择了方案二，采用双电源供电。2.3 传感器模块的设计
TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，Signal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，Signal输出低电平。
这种探测方法，即利用红外线在不同颜色的表面特征，具有不同的反射性能，汽车行驶过程中接收地面的红外光。当红外光遇到白色路线，地板发生漫反射，安装在小型车的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路线，红外光将被黑线吸收，安装在小车上的接收管没有收到红外光。控制器会根据是否收到反射的红外光为判断依据来确定的黑线的位置和小车的路线。红外探测器距离通常是不应超过15厘米的。红外发射和接收红外线感应器，可以使自己或直接使用集成红外探头。调整左右传感器之间的距离，两探头距离约等于黑线宽度最合适，选择宽度为3-5厘米的黑线。该传感器的灵敏度是可调的，传感器有时遇到黑线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小可改变灵敏度。另外，循迹传感器的放置也是有讲究的，有两种方法，一种是两个都是放置在黑线内侧紧贴黑线边缘，第二种是都放置在黑线的外侧，同样紧贴黑线边缘。本设计采用第二种方法。
单片机烧录程序后，就可以执行循迹指令了。如果小车向前行驶时向左偏离了黑线，那么右边传感器会产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向右拐回到黑线。两传感器输出信号为低电平时，小车前进。如果小车向右偏离黑线，左边传感器产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向左拐。这样，小车一定不会偏离黑线。若两个光电传感器同时输出的信号为高电平，即单片机判断的都为高电平时，小车向前直走。3 测试结果
从直线段O点出发，让小车智能循迹至N点，记录直点线段O点至A点的所用时间，记录A点至B点的时间，依次记录B点至C点、C点至D点、D点至E点、E点至F点、F点至N点的时间，重复测试5次，并记录时间。
图3.1 智能循迹小车跑道图
起点位于弯道的运行时间要长于起点位于直道的运行时间。导致这个现象出现的原因是由于弯道的曲率变化给小车的循迹调整带来了较大的影响，对应小号的调整时间业比起于直道的测试过程要长些。有时，小车会稍微偏离跑道。对传感器的灵敏度需要更加仔细的调整。4 心得体会
根据本次设计要求，我们小组系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还系统学习了51系列单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，购买到了所有所需的元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。
通过本次课题设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次课程设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了使用Protel设计电路。本次智能循迹小车课程设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的智能循迹小车的课程设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用C熟练的进行编程了。通过本次智能循迹小车的课程设计，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。
总之，在这次的课程设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。附录1 电路原理图的总图
图3.1 电路原理图总图 附录2 源程序
#include
基于数字PID的智能小车的控制 篇5
1、系统分析
本智能小车是通过电机控制其行驶速度, 通过舵机控制器其行驶的方向。当摄像头采集到路况信息后, 根据当前的行驶状态, 控制器输出控制策略, 控制小车的电机和舵机, 实现速度及行驶方向的改变。整体控制过程如下图一:
为了使小车具有更高的灵敏度, 我们在最大限度内增加了视场的范围, 如此便可在最短的时间内采集到更多的轨道信息, 并保证在弯道时黑线不丢失。
智能车通过对赛道的方向、宽度、偏移量、曲率等信息的采集, 计算出赛道中心线的位置, 并将赛道分为三类:直道、S型、弯道, 不同的赛道采用不同的控制策略。
2、控制方案
2.1 参数整定方法
PID整定的方法有两种:一是理论计算整定法。由于智能车的整个系统是机电高耦合的分布参数系统, 并且要考虑赛道具体环境, 要建立精确的数学模型有一定难度;二是工程整定方法, 它主要依赖工程经验, 直接在控制系统的试验中进行, 且方法简单, 我们主要采用的是经验法。[1]
2.2 控制策略实现
2.2.1 电机控制策略
智能车速度的改变是通过改变MC9S12DG128输出的PWM信号来控制直流驱动电机, 频率不变时, 改变占空比, 来改变电机两端的工作电压, 从而改变电机的转动速度, 进而改变小车的行驶速度。
我们对电机采用的整体控制策略为直道加速, 弯道减速。在直道的情况下, 由于此时轨道基本无变化, 为使小车以一个稳定的、较高的速度行驶, 可以省略微分项;而在S型轨道上, 需要较高的反应速度, 故比例的作用变大, 并加入微分项使小车及时对路况做出反应;对于弯道, 则增强了微分项的作用, 削弱了比例项的作用, 以使小车顺利通过, 不致冲出轨道。具体参数如下表一:
获得Kp、Ki、Kd参数的具体的方法为:将小车在一段直线赛道上运行, 通过程序设定不同的参数值, 并记录在不同参数情况下小车的启动、制动及减速过程 (启动、制动、减速都是通过程序人为的设定, 而不是通过摄像头采集的路况信息) , 选择使其反应时间最短、运行最为稳定的参数。[2]
按照整定参数, 利用MATLAB仿真, 小车在按阶跃给定的速度的情况下, 其跟随情况如下图二:
由于小车在由直道到弯道和从弯道到直道的过程中会有较大的减速和加速, 从而产生较大的偏差e, 若在这两个过程仍保留积分环节, 则会产生较大的超调和长时间的波动, 所以我们在最初设计的基础上加入积分分离。[3]当偏差e较大的时候, 取消积分作用, 当偏差e较小的时候, 加入积分环节, 避免静差。采用积分分离能够增强小车的稳定性以及跟随的动态性。具体公式如下:
(1) 若|e (n) |<=β时, 采用PID控制:
(2) 若|e (n) |>β时, 采用PD控制
本智能小车电机控制系统中β的取值为3m/s。
2.2.2 舵机控制策略
舵机是一个位置随动系统, 由于舵机的转角θ与给定的PWM信号呈线性关系, 故可以通过控制MC9S12DG128输出的PWM信号的宽度控制舵机的转向角θ。[4]
考虑到实际运行过程中会产生大的偏移角θ, 为避免积分项的作用使输出产生大的波动, 故我们对舵机的控制策略采用的是PD控制, 增强了小车的反应灵敏度及对轨道的预测能力。
在不同类型的轨道中, 我们采用的控制策略也有所不同。对于长直线轨道, 我们仅采用比例控制;在弯道中, 由于对小车灵敏度的要求比直线轨道相对要高, 故我们采用PD控制, 并且比例增益也相对直线轨道要大;在S型轨道中, 由于对小车的反应速度要求更为严格, 故我们增强了积分项的作用。经过反复的测试, 具体的整定结果如下表二:
3、结语
对智能小车实现控制是对自动控制理论的一次很好的实践, 不论是硬件的搭建、软件的编写或是控制理论的制定, 都使我们在理论的基础上对控制理论有一次更好的认识。
参考文献
[1]金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社, 1993:22~30.
[2]吴全玉, 张晓东, 晁晓琪, 徐宇宝.基于经典PID算法的智能车系统研究[J].自动化与仪器仪表, 2011, (1) :25~27.
[3]王锦标.计算机控制系统[M].北京:清华大学出版社, 2008:13~23.
多智能小车控制 篇6
1 对国内智能小车的现状进行研究分析
目前, 智能交通系统中重点发展的部分就是智能车辆, 这也是世界上相关车辆研究领域中的热点, 在不断提高企业生产技术以及不断加深自动化技术的要求时, 大多数的工业部门已经慢慢广泛应用了智能车辆。很多的发达工业国家, 智能车辆也已经慢慢地实现商品化, 这样低廉成本的缘故, 可以更加有利于人类工作得更好, 同时, 智能车辆也已经慢慢地渗入到社会以及工业的每个层面中。
相对国外智能车辆的研究而言, 我国这方面的技术研究比较晚, 在20 世纪80 年代才开始。而且大多数研究尚处在针对某个单项技术研究的阶段, 研究开发了一个基于路径处理的智能小车控制系统。由此可知, 发达国家的社会以及政府能够更加清楚地意识到智能车辆技术的优越性。汽车研究机构以及制造公司中, 智能车辆实验的建立更加有利于树立信心, 广阔的智能车辆市场前景吸引汽车公司投入大量的资金, 有效地促进了智能车辆的实用化进程。在经济实力方面, 我国应该根据本国的具体情况进行研究, 有效地增强综合国力以及各个行业的竞争力, 有利于居民生活水平的提高。
2 基于路径规划的智能小车控制系统分析
2.1 设计智能小车控制系统的思路
基于路径规划的智能小车控制系统分析, 最主要的就是设计智能小车控制系统的思路, 其中智能小车也仅仅是智能车辆研究中的小部分。智能小车的移动机构就是车轮, 可以很完整地实现自主行驶作用, 所以我们才将其称作是智能小车。智能小车比较容易编程是由于其具有机器人所具备的那些基本特征。与此同时, 智能小车和其它的遥控小车存在的不同之处就是, 遥控小车的转向、进退以及启停等都需要操作员对其进行控制; 然而, 智能小车速度的控制、行驶方向以及启停都能够利用计算机编程进行实现, 不需要人为地进行干预。与此同时, 操作若想对智能小车的行驶方式进行改变, 可以利用计算机进行程序或者某些数据的修改来实现。这也是智能小车最大化的特点, 可以利用编程来对其进行控制、以及对小车行驶方式进行改变。研究智能小车控制系统的主要目的, 就是让小车更高自主地行驶。
2.2 分析智能小车控制系统结构
对于智能小车控制系统结构而言, 和其他的控制系统一样都需要一个比较完整的控制系统, 同时, 对于系统的每项功能模块要求都是要相互之间有着紧密的联系, 按照以上的具体流程以及功能之间结构的关系, 就可以很容易地确定比较系统的总设计方案。
2.2.1 智能小车控制系统中上位机系统设计的分析
智能小车控制系统中上位机系统, 用来负责对小车的行驶路径进行有效的处理, 并且将其处理完整的重要数据信息传输发送到下位机。上位机系统所具备的硬件环境都是Pentium以上的CPU; 内存不少于32MB; 显示器分辨率很高; 硬盘空间至少要保持130MB的空余, 这样可以创造更大的数据交换区。
2.2.2 智能小车控制系统中下位机系统设计的分析
智能小车控制系统中下位机系统, 只是负责对上位机所发出输送过来的数据信息进行接收, 脉冲信号是由单片机正常产生的比较准确, 对步进电机进行工作的控制, 依照预定的路径让驱动小车前进。通常情况下, 单片机采取的是十六位微处理器SPCE06IA板, 产自于台湾凌阳;步进电机选取的是两相永磁式, 步距角相对比较标准。另外, 还需采集数据的模块进行设计, 对小车的位姿重要信息进行采集以方便对系统的控制误差进行分析。对于串行通信方式而言, 主要是用来接受下位机以及上位机间通信传输的数据信息, 与此同时, 串行通信的两个方面都涉及到上系统以及下系统这两个, 再针对上系统以及下系统的具体特点和情况进行硬件和软件的设计。
3 结语
综上所述, 不管是从当前科学技术的发展, 以及研究理论方面的研究来说, 还是从汽车的市场竞争中以及工业发展中来分析, 研究智能车辆都是必要经历的事情。然而, 研究智能小车以及开发相关的其他产品, 都更加有利于促进我国在技术领域中技术的进步和发展。由此可知, 研制一种高效、智能以及便捷的智能小车控制系统, 拥有着十分重要的科学理论价值以及重要的实践意义。
参考文献
[1]李舜酩, 沈峘, 鲍庆勇.未知环境下基于行为控制的智能车辆路径规划研究[J].传感器与微系统, 2014, 129 (22) :2064-2065.
多智能小车控制 篇7
1 硬件实现
1.1 整体模块设计
该控制系统的结构主要由飞思卡尔MC9S12XS128单片机、CCD路径识别模块、红外线传感器测速模块、电源管理模块、直流驱动电机模块、舵机转向模块、液晶屏动态显示模块组成, 如图1所示。
1.2 局部模块实现
⑴CCD路径识别模块设计。首先在行、场同步信号的时间基准下, 由MC9S12XS128的A/D口对CCD摄像头扫描出的路径视频信号进行采集, 并对此图像路径信息处理;然后选取途中合适的点算出小车与路径的夹角与偏移距离;最后把已知数据传给单片机, 模糊算法控制舵机转角, 同时采用模糊控制与比例微分控制相结合的方法控制电机的速度, MC9S12XS128将舵机转角信息准确输给舵机PWM信号, 以及速度信息实时输出驱动电机的PWM转速控制信息, 从而实现小车的智能路径跟踪。
⑵测速模块设计。速度检测电路主要是为电机控制提供准确的速度反馈, 让小车能在不同的路况上行驶时准确的设定不同的速度。系统采用红外线传感器的对射式传感方式进行测速, 检测电路如图3所示。
2 模糊算法应用
2.1 模糊控制器设计
本系统通过上面传感器采集到的信息, 可以设计一个双输入双输出的模糊控制器, 输入变量是由上面经过处理的路径识别模块的数据和测速电路的数据, 输出是转角和速度的控制信号, 从而实现舵机的转向控制和电机的转速控制。
2.2 模糊控制器应用
⑴舵机控制策略。CCD传感器反馈智能车偏移轨迹的偏移量可以通过测得的小车
与路径的偏移夹角和偏移距离计算得到, 将这两个量送入模糊控制器, 求得到需要的输出量。根据提供的数据, 对其进行模糊化, 模糊推理, 反模糊化等操作, 最后将得到的数据处理成相应转角信号, 然后送给舵机。
⑵速度控制策略。在模糊控制的基础上, 对小车测得的速度采用位置式闭环Pd控制进行调整, 可以保证小车在各种负载和供电变化的情况下车速能稳定、快速的达到预定速度。
3 软件实现
CCD智能车系统的软件开发设计是基于Code Warrior CW12V4.5编程环境, 使用汇编与C语言相结合实现的。整体方案程序模块设计如图4所示。
4 小结
单片机MC9S12DG128B对采集到的视频图像数据进行预处理、提取赛道信息、进行路径识别, 然后运用模糊算法将转角信息转换成舵机PWM信号, 同时对电机进行模糊PD控制, 并将速度信息通过12864液晶屏动态显示。模糊算法的高效性提高了小车的路径跟踪精度和运行速度。
摘要：采用模糊控制算法, 以单片机MC9S12XS128为控制核心, 结合CCD线性器件作为道路信息检测设备设计了智能小车控制系统。道路寻优模糊控制算法, 可实现了对直道、蛇形弯道以及大半径弯道三种典型道路的自动跟随。
关键词：模糊算法,智能小车,道路检测
参考文献
[1]刘建刚, 程磊, 黄剑.基于CCD图像识别的HCS12单片机智能车控制系统[J].光电技术应用, 2007, 22 (6) .
多智能小车控制 篇8
在当今的现代化社会中, 汽车工业发展速度十分迅猛, 与此同时, 对环境的破坏也越发的严重, 环境总体呈现出恶化的趋势, 现在人们所关注的是怎样是汽车的生产成本降低, 达到真正的无污染排放。人们所期待的是智能化保护环境的新型小汽车。作为现代化的新产物, 智能化将无疑是今后大多数领域所选择的最可靠的发展方向。当今器械智能化的应用有很多, 智能化的小汽车仅仅是一种最基础的应用。智能化小汽车不仅能够实现躲避障碍物的自动化, 记忆路线从而能够按原路返回, 还可以寻找光源, 并沿着光源的方向行驶。本文所实现的对小车速度的调节功能, 是通过以MCS—51单片机的系列中的80 C51单片机作为小汽车的内部控制核心, 采用直流电动机作为驱动的动力来源, 使用PWM信号技术来控制小车的速度等方面来完成的。
二、设计系统的方案
我们所设计的智能化小型电动车是用80C51单片机作为核心控制的, 能够实现对小车速度的调控功能的, 还具有智能循迹与智能绕行等高级功能, 为了给予小车充足的电量, 我们所采用的是专业的车载型电源电池。有关于系统的智能化绕行的功能, 其首先需要检测路况, 主要是通过红外光电与超声波的传感器来实现的, 主程序是有单片机来控制的, 由于相关的技术较为复杂, 再次不多做介绍。在智能化小型电动车的行驶速度方面, 我们所采用的是PWM脉宽的调制技术, 其主要的目的是提高工作系统在静态时的性能。其系统的结构原理如图1所示。
三、有关于PWM信号的调速功能的系统设计
使用PWM信号能够改变负载的二端口电压的平均值, 进而达到调整和控制电压的目的。其主要原理是控制固定频率直流电源的开关的脉宽, 即占空比, 这就是我们常说的脉冲宽度调制。也就是说, 人们在接通或者断开电源的是时候, 一定要按照固定的频率, 而且还要根据实际情况的变化来改变其固定周期的连通与断开的时间的长短。如果想要对电机的转速进行控制的话, 就必须按照要求改变电源枢纽上的电压的脉宽, 即占空比, 进而改变直流型电动机的平均的电压。由于脉冲的作用, 在电动机通电时, 其速度会增加, 在其断电时, 速度会减小。如下图2所示。
综上所述, 我们可以通过有规律地调节电源接通或者断开的是来实现对电动机速度的控制。
下面我们就把原理进行具体的说明。假设电动机始终都处于电源接通的状态, 转盘的转速处于最大的状态, 其两端的电压为Vmax, 其占空比为D=t/T, 设V为电动机的平均速度, Vmax该电动机二端口的最大电压, D为上述的占空比。则电机的平均速率为V=Vmax*D=Vmax* (t/T) 。从该式中我们可以得出, 改变t的值就能得出许多不同的电压值, 前提是保持T的值不变。更准确的来说, 电动机的电压与相应的占空比并不是严格的属于线性关系, 但是我们在实际的应用之中, 为了方便计算, 常常可近似的将其看作为属于线性关系。
我们可以利用单片机相关的c语言在编程中所产生的PWM信号, 进而实现对小汽车电动机速度的控制。若使用上述调节脉宽与固定频率的方法, 则需要改变电动机二端口电压的接通和断开的时间比例分配, 从而实现对小车速度的精确控制。
下面我们简要的说明一下具体的实践方法:首先, 小车行驶的过程中, 车载电源会通过PWM信号的控制之后会给予小车一个平均的电压。可以这么说, 若小车达到了车载电源所能提供的最大值Vmax时, 其平均电压为V=Vmax*D=Vmax* (t/V) 。在上述公式中, T是PWM运行一周的时间, 而t为车载电平工作的时间。用控制变量的原理, 如果在T不变的条件下, 要是小汽车得到的电压发生变化, 就必须改变t, 综上所述, 我们所说小汽车的速度也就改变了, 也就是说, 我们成功的控制了小车的速度。
四、PWM信号在调节小车速度方面的优势
PWM信号在调速方面的优势有很多。相对于可控整流调速系统而言, PWM在工作时对主电路的耗损十分小, 而且电子元件在工作时只有开关状态, 因此该装置的工作效率相比于其他的装置要高很多。另外, PWM调速系统工作时开关的频率相对高, 获得脉动的电流的技术简单——只需要利用电枢与电感之间的滤波作用即可以获得一种脉动相对较小的直流电流, 而电枢所发出的电流由于其较好的连续性, 不但保证了整个调速系统的平稳的运行, 而且可调速度的范围相对于可控整流调速系统要大很多。与此同时, 因为PWM较高的开关频率, 加上电动机的较高的相应速度与之配合, 进而可以获得的频带低昂对较宽。因此, PWM调速系统在高速响应方面的性能卓越, 也就是说, 其动态的抗干扰能力相对较强, 稳定性较高。PWM信号在调节速度方面的优势是显而易见的, 但在之前由于技术的原因, 其内在的优势没有被完全的发挥出来。随着科学技术的发展, PWM的优越性日益突出, 在当今的社会生产中再一次得到了重用, 收到了许多大型厂商的青睐。
五、总结
PWM信号在调节机器速度方面的优越性使其在许多大规模的控制领域得到了大范围的使用, 特别是在直流的电动机的速度调节方面, 可以这么说, PWM的应用是诸多曾共应用中的典型范例。与此同时, PWM信号的产生过程相对简单, 目前所使用的PWM信号大多是采用由单片机在c语言环境下编程的算法来实现对PWM信号的生产的, 这相比较于过去通过用大型硬件来激发PWM信号的方法要简单得多。本论文没有针对于智能化小汽车的速度调节与控制方面进行实践操作方面的研究与探讨, 仅仅是对于此项目进行了一些专业的研究与设计, 如果想要使PWM信号真正的应用于调控速度领域, 还需要对其进行实际操作的探究。在当今的社会中, 智能化小车已经成为了综合学科的尖端课题, 其研究成果——智能化有着广泛的适用性和美好的前景, 但智能化之路是坎坷的, 因此, 我们现在仅仅是处于智能化的起步阶段, 要实现人们对完全智能化的梦想还要克服许多困难, 任重而道远, 人们还应该通过不懈的努力, 不断探索与发现, 打造出人类的智能化时代。
摘要：Intel公司自主开发的80C51单片机是MCS—51系列中的一种强力机, 它不仅产量相当丰富, 应用较成熟, 而且性能强劲, 既满足操作系统的数据采集的要求, 又达到了对于时间精度的标准, 由于以上的优点, 一般选用其作为控制机器的核心机。本文将探讨如何使设计一款单片机来控制电动车的速度, 由于其电路结构相对简单, 因此具有相当高的可靠性。
关键词：单片机,智能小车,PWM信号,调速
参考文献
[1]马小亮, 高性能变频调速及其典型控制系统[M].北京;机械工业出版社, 2010.4.
多智能小车控制 篇9
随着生活水平的提高, 电子玩具已成为年轻人的新宠。玩具设计添加智能元素, 讲求人与玩具的互动, 可以让使用者体会到高科技带来的乐趣。语音控制作为最直接的人机交互方式已成为目前重要的研究对象, 将其应用于智能玩具的开发中, 则可以更大程度地增添玩具的娱乐性和智能性。本文中采用凌阳SPCE061A单片机作为主控MPU设计出的智能小车, 将充分发挥其便于控制、功能强大、设计电路简洁等优点。
语音控制系统是基于语音识别技术的一种智能系统, 这种系统可以通过很多途径来设计并实现, 比如, 通过单片机、数字信号处理器 (DSP) 或语音识别专用集成电路芯片等。但是从性价比情况来看, 利用单片机的优势是设计成本比较低, 实现语音识别功能的实现程度比较高, 而且这种技术比较成熟。笔者认为, 一个完整的语音识别系统就是一个多维模式识别过程, 大致可以分为提取语音特征、匹配声学模型与模式 (识别算法) 和理解语义三部分, 主要环节包括预处理信号、提取语音特征、对应语音模型库、匹配模式、后期处理等关键环节。本文设计的基于DSP功能凌阳单片机的语音识别系统, 能有效识别并完成特定人若干语音命令, 且性价比较高, 适于推广应用。
2 智能小车的硬件设计
2.1 凌阳SPCE061A单片机介绍
SPCE061A是凌阳公司推出的16位单片机, 应用比较持久广泛, 具有速度快、价格低、耗能低、简便可靠等显著优势。其采用So C (System on Chip) 技术设计而成, 内部集成有ADC, DAC, PLL, AGC, DTMF和LCD DRIVER等电路。采用精简指令集, 指令周期以CPU时钟数为单位。它的内核采用 (Microcontroller and Signal Processor) 16位微处理器芯片, 工作频率为0.375~49.152MHz, 电压范围为2.6~5.5V。该控制器有两种封装形式:80引脚的LQFP80贴片封装, 84引脚的PLCC84封装。根据外围扩展的器件, 本文设计的控制器为84引脚的PLCC84封装芯片。
凌阳SPCE061A单片机在具备微处理器功能的基础上, 兼或DSP运算功能, 具有低电压、高系统工作频率特点, 可以快速处理复杂的数字语音信号, 单片机芯片内集具自动增益控制功能的麦克风输入方式以及DAC音频输出功能, 使用SACM-S240音频编码方式, 容纳210s的语音数据, 提供丰富的C函数库和语音处理函数库, 适合开发语音识别和数字语音产品。该单片机的这一特征, 使得硬件电路要外接的器件达到最少。
SPCE061A同时具有唤醒功能, 当输入电平发生变化时会触发中断CPU, 在电池供电需要降低功耗时, 可以让CPU进入睡眠模式, 需要时唤醒进入工作状态。基于此, SPCE061A成为数字语音识别应用领域产品理想经济的选择。
2.2 智能小车硬件设计
本设计以凌阳单片机SPCE061A为核心、外围扩展相应功能的硬件结构。
硬件部分安装两个5V、200m A的小功率直流电机, 分别用于驱动前轮、后轮, 辅以相应的驱动电路, 通过排线连接SPCE061A系统板。以SPCE061A系统板为控制核心, 配备外围电路以及麦克风、扬声器和按键, 形成集仿真、调试、下载等功能于一体独立的、完整的系统。
电源部分采用四节碱性电池对单片机、数码管等硬件供电, 采用九节碱性电池对继电器及电机供电, 为减少耗电量, 数码管未采用全程供电, 而是等小车停止后显示所用时间和行驶距离;采用双电源供电消除电动机运转时产生的干扰, 保证单片机正常工作。
软件系统在IDE2.0.0集成开发环境下, 支持以汇编语言和C语言混合编程的开发程序。SPCE061A单片机属于系统级芯片 (So C) , 在其集成开发环境 (IDE) 中专门设计语音处理函数库, 研发人员可以集中精力于调用函数, 不会被语音处理函数本身所困扰, 可以节省大量开发设计时间。
根据系统完成的功能以及硬件功能划分, 本文中硬件设计的总体框图如图1所示。
3 智能语音控制系统的软件设计
主要分为反馈状态、控制系统下的移动以及人机交互单元等流程。系统软件设计流程图如图2所示。
4 结论
采取凌阳SPEC061A单片机作为语音识别处理器, 在保证人机交互、高速运转的情况下, 实现了低投入、高产出、简便适用、切实可行的效果。同时, 由于设计时已经考虑了系统的开放性和推广性, 使用者可以根据自己的需要改变应答反应 (包括语音输出和控制输出) 以满足特定的需求。将这种成熟的技术推广到低成本的智能玩具上, 能够为设计者和厂商带来较好的收益。
参考文献
[1]胡航.语音信号处理[M].哈尔滨工业大学出版社, 2000.
[2]王炳锡, 屈丹.实用语音识别基础[M].国防工业出版社, 2005.
[3]陈尚勤, 罗承列, 杨雪.近代语音识别[M].电子科技大学出版社, 1991.
[4]李晶皎.嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用[M].北京航空航天大学出版社, 2003 (7) .
[5]凌阳科技.凌阳16位单片机及其开发实例[M].北京航空航天大学出版社, 2006.
【多智能小车控制】相关文章：
智能小车05-29
智能电动小车设计06-17
智能小车课程设计报告05-22
智能小车发展方向05-29
智能小车设计方案报告06-29
智能小车的设计与应用06-05
智能wifi小车毕业设计06-20
智能wifi小车毕业设计05-05
智能小车的研究背景及意义06-04
智能小车自动寻迹设计06-28