智能车实验报告.doc

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 学 号： 姓 名： 专 业： 指导教师： 目录 光电感应智能车 2 一、 硬件系统…………………………………………………………………………………3 （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 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、780 5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： 1. 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)+bTi e（j）+Td*[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 <stdlib.h> #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) re