论文研究-基于光电传感器的智能寻迹车的设计与实现 .pdf

智能寻迹车是一种能够自主沿着设定路径行驶的自动化模型车，广泛应用于科研、教育和娱乐等领域。本设计以MC9S12DG128单片机为核心，利用连续化路径识别算法，结合光电传感器对路径进行精确识别。光电传感器通过二值化处理获取路径信息，但为了提高识别精度，本设计采用了连续式算法，通过该算法，传感器可以针对垂直赛道的不同位置给出唯一的输出信号，大幅度提升路径探测的准确性。 智能车的控制系统设计是一个复杂的工程，需要综合考虑机械结构、硬件电路、控制策略软件等多个方面。在本设计中，系统被视作一个两输入两输出的自动控制系统，输入为赛道信息（即车身中心距黑线的垂直距离）和反馈的实时速度信息，输出为舵机转向控制和直流电机速度控制。控制系统将输入信息经过处理后生成控制决策，进而通过输出控制智能车的转向和速度，从而保证整个系统能够稳定、快速地自动寻迹。 硬件设计部分，系统以MC9S12DG128单片机为核心，分为电源管理模块、路径信息识别模块、速度检测模块、舵机驱动模块、电机驱动模块以及辅助调试模块。最小系统板是整个硬件设计的基础，主要由MCU、MCU的供电电路、时钟电路、复位电路、BDM下载口、串口电路及用于调试的流水灯电路组成。 电源管理模块的设计尤为重要，因为智能车系统中的不同电路模块需要不同电压和电流容量。本设计中，智能车使用7.2V、2A/h的可充电镍镉蓄电池供电，通过设计多个相互独立的稳压电路，将充电电池的电压转换为各个模块所需的电压。例如，1.6V的电压直接供电给红外发光管，5V的电压供电给单片机和红外接收管等，而6V的电压则用于给舵机供电。 舵机模块是转向控制系统中最重要的部分，舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向，还可以进行其他操作，如机械刹闸制动、位置传感器主动扫描等。舵机是一个位置随动系统，通过脉冲宽度调制（PWM）技术实时控制舵机的转向。控制信号是周期约为20ms的脉冲信号，脉冲宽度决定舵机输出舵盘的角度，舵盘角度与脉冲宽度成线性关系。 电机驱动模块负责智能车的速度控制，系统采用后轮驱动，驱动电机选用RS-380SH型直流电机。电机的转速控制采用基于“H”桥驱动电路的PWM控制技术，通过PWM信号控制电机的速度以及正反转。当智能车速度过快时，系统还可以对电机实施反向制动，以迅速降低车速。 在整个系统设计中，控制策略的软件实现也非常关键。在本设计中，系统转向和速度控制策略采用的是简单而有效的PID（比例-积分-微分）控制算法。PID控制算法广泛应用于需要连续控制的场合，其算法简单，易于实现，且对参数变化有较强的适应能力，能够保证智能车沿着路径引导线快速、流畅和稳定地行驶。 基于光电传感器的智能寻迹车的设计与实现涉及到硬件电路设计、电源管理、传感器信号处理、电机速度与转向控制等多方面的技术，是车辆工程、自动控制、计算机科学等学科领域理论技术的综合体现。通过这种跨学科的综合研究，可以推动智能车辆技术的发展，为未来汽车自动化和智能化奠定技术基础。