智能小车的研究背景（精选8篇）
1.智能小车的研究背景 篇一
调研报告
中国是一个玩具车生产大国，但并不是一个玩具车生产强国。缺乏规模大的玩具车生产商，缺乏玩具车开发人才，缺乏品牌效应是最大的问题。尽管中国玩具的出口量很大（全球75％的玩具车在中国生产），但这些玩具车基本上是以OEM的形式进入国际市场的。因此，应提高中国玩具车产业的生产工艺，主动占领世界玩具车产业的制高点，提升中国玩具车产业的核心竞争力，打造中国玩具的自有品牌是中国玩具车业的当务之急。
一、调查目的：
了解玩具车倒车系统在国内外的发展现状和发展前景。
二、调查项目
1、国内玩具车所用的品牌,价格。
2、用户对汽车倒车雷达系统的了解程度和消费心理
三、调查对象：玩具汽车汽车制造商，玩具汽车使用者和潜在购买者，玩汽车配件经营者。
四、调查日期：2010年12月到2011年2月。
五、调查的基本情况：
（一）倒车雷达系统以及国内市场特点。
1、玩具车倒车雷达产品技术发展情况
倒车雷达由超声波传感器、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。
倒车雷达按提示方式可分为数码显示、液晶、后视镜、可视雷达、语言和声音提示几种；目前使用较多的倒车雷是数码显示、液晶显示和语音三种提示功能的倒车雷达。按信号的接收方式倒车雷达又可分为无线传输和有线传输两种。无线倒车雷达是近年来随着无线传输技术的应用快速发展起来的新一代产品，就产品本身功能上来说，与有线倒车雷达的基本相同，没有什么突破，但该类产品最突出的卖点是在具有有线倒车雷达相同功能的前提下，在安装过程中避免了对汽车内饰结构改动而导致的破坏，缩短等候时间，因此该类产品严格意义上来说是一种意识创新、观念创新、服务创新的新产品。
2、我国玩具车市场的特点。
近年，随着世界经济形势的变化，以及国家加工出口贸易政策调整的出台和落实，单是依靠接外国企业的加工贸易订单和贴牌生产，已经不能适应当前形势和企业的发展要求。许多企业家意识到要自主创新、自创品牌，企业才能更好地发展。同时前景广阔的内销市场，也吸引了不少企业进入，他们都在探索出口和内销“两条腿走路”的模式，以减少对海外市场的依赖。这一点，在每年一届的广州国际玩具及模型展览会上有非常明显的体现。
（二）国内玩具车市场状况
1、玩具车市场前景
中国的电动儿童玩具车在经过了很多年的市场培育和宣传后，同时现在随着技术的不断的发展，新产品的不断出现。
下面我们看一下海关的数据，在海关出口商品儿童玩具编码产品“其他带动力装置的玩具及模型”中，电动儿童玩具车占的比例相当高，据广东省玩具协会分析，电动儿童玩具车在这编码的商品中占的比例在70%左右。由此可以看出，在未来的几年内，电动儿童玩具车将有很大的发展空间，其中主要的原因如下。
首先是家庭轿车的普及带动玩具模型车市场，现在我国轿车家庭普及率在城市只有10%左右。随着家庭轿车的普及，车的概念不断深入孩子们的脑海中，因此会带来比较大的需求，同时也是由于家庭轿车的普及，也将会带动相关玩具模型车市场的扩大，而现在按比例生产的电动儿童玩具车已经成为玩具发烧友的收藏。
第二个原因是文化创意将推动儿童玩具车市场进一步扩大。儿童玩具是形象创意重要的衍生品。
最后一个原因是儿童玩具市场需求是弹性的，儿童玩具商品有它的自己的特性，与其他的商品有着一定的区别，儿童玩具的市场需求是弹性的、同时又有着极大的拓展空间，并不是就像人们常说的市场蛋糕，一方吃多了另一方就减少。
因此现在国内的电动儿童玩具车的市场的空间还是比较大的，还有着很大的市场前景，在这种情况之下，国内的儿童玩具的生产企业要根据自身的实际情况，做好市场调查工作，然后开发出适合自己的电动儿童玩具车产品，相信会有一个比较的市场空间。
2、使用者的消费需求
中国社会调查事务所（SSIC）调整显示，娱乐性玩具最受消费者欢迎，占总比例的42％，其次是教育性玩具，占39％。据调查，除了传统的军棋、象棋、围棋、跳棋、风筝外，成年男士比较喜爱电脑智力型玩具；而成年女士则喜欢高档精美的装饰性玩具，材质包括木、泥、瓷、绒、布等种类，如布娃娃、毛绒娃娃、木制玩具和小动物和长毛狗等等；中年人则会选购消遣性、轻度运动型玩具；而老年人则较喜欢各种观赏型玩具、小动物玩具、娃娃玩具等。
在玩具市场，尤其是国内玩具市场，99％生产儿童玩具，儿童玩具几乎一统天下，成人玩具几乎一片空白。而在美国，40％以上的玩具是专门为成人设计制造，而且有公司专门生产成人玩具。中国社会调查事务所最近的一项调查表明，64％的消费者表示如有条件，可以考虑购买适合自己的玩具，其中33％的成人认为自己喜欢并愿意购买玩具。成人玩具市场潜力巨大！
六、对于调查结果分析：
（一）市场广阔，市场层次格局凸现。
目前国内电动玩具车市场竞争格局 中国是世界最大的玩具生产国，从事电动玩具车生产的企业不少，但相当多的企业是加工贸易企业。目前拥有主牌品牌且品牌在市场有影响力、知名度的企业还不多。不过，尽管国内有自主品牌知名度高的电动玩具车生产企业还不多，但实际上，这不多的企业在产品细分市场上，已经出现一些企业的产品主导该市场的情况，市场已形成“群雄割据”态势。因此，想开拓国内市场的外资企业、或者加工出口贸易企业需要认识这一点。
（二）玩具车无线倒车系统市场中独树一帜
无线倒车雷达虽然早在前几年就已出现，目前主要使用在玩具车，汽车中，而且以原装和赠送为主，但由终端市场目前还没有较好地推广，而在用户调查中，无线倒车雷达无论是在玩具车还是汽车中都广泛的使用，所以未来几年无线倒车雷达在国内市场和国外市场有相当大的发展空间。
2.智能小车的研究背景 篇二
(1) 对小车运动轨迹设计采用红外发射接收探头检测路面寻迹线, 从起始线出发, 自动将物体按设计好的轨迹线逐一运送到库房内, 运行的时间应力求最短。
(2) 小车运送物体到达库房时, 把物体放到库房挡板线以内。
1 系统方案设计、比较与论证
本文主要设计一辆带有机械手的智能电动小车, 采用轮式结构以减少制造成本。能够实现把物体放入库房内, 同时对搬运过程中自动记录、显示每一次往返的时间和总的行驶时间。为完成相应功能, 系统可以划分为以下几个基本模块:单片机最小系统模块、舵机驱动模块、步进电机驱动模块、液晶显示模块、转向指示模块、声音提示模块。
2 车体设计
制定了左右两轮分别驱动, 车尾安装牛眼轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流步进电机进行驱动, 车体尾部装两个牛眼轮。这样, 当一个直流步进电机转动另一个不动时就可以实现机器人的旋转, 由此可以轻松的实现机器人的90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时, 左右两驱动轮与后万向轮形成了四点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳, 可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移, 车尾的牛眼轮还起支撑作用。
对于车架材料的选择, 我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固, 比铁制小车更轻便, 美观。
3 智能小车控制系统的总体设计
控制器模块采用宏晶公司的STC12C5A32S2单片机作为控制器的方案。该单片机I/O资源丰富, 并具有两路PWM, 可以很容易的控制两个舵机;寻迹线探测与寻木探测模块
集成式GP2A25反射式光电传感器。它具有集成度高、工作性能可靠的优点, 只须要调节探头与被测物之间的距离达到1.5cm就可, 此种探头还能有效地防止普通光源 (如日光灯等) 的干扰;电动机选择采用旧打印机拆机的步进电机控制机器人的运动, 由于其转过的角度可以精确的定位, 可以实现小车前进路程和位置的精确定位。当不给步进电机发送脉冲的时候, 能实现自锁, 从而能较好的实现小车及时停车的目的;电机驱动模块采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。L298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L298可以控制一个步进电机, 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;舵机驱动模块采用三极管驱动电路, 单片机I/O口只需要控制三极管的集极来控制三极管的导通或是截止, 来给驱动舵机;显示模块用LCD1602液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点;电源模块采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 然后将12.6V电压再次降压5v、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, 体积小巧, 便于安装到机器人;供电模块消耗的功率过大, 采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A, 完全满足系统要求。经过反复论证, 最终确定了如下方案:
(1) 车体用有机玻璃车架手工制作。
(2) 采用宏晶STC12C5A32S2单片机作为主控制器。
(3) 用GP2A25型光电对管进行寻迹与寻木块。
(4) L298作为步进电机的驱动芯片。
(5) 用9013三极管作为舵机的模块
(6) 用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 将12.6V电压经2576降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电。
4 硬件设计与软件流程
寻迹线探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为底电平时则检测到路面, 当为高电平时则检测到运动轨迹线。搬运机器人前进时, 始终保持运动轨迹线在车头两个传感器之间, 当搬运机器人偏离轨迹时, 探测器一旦探测到有轨迹线, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的控制系统, 控制系统再对搬运机器人路径予以纠正。当搬运机器人回到了轨道上时, 搬运机器人车头两个探测器都只检测到路面, 则搬运机器人继续直线行走, 否则搬运机器人会持续进行方向调整操作, 直到搬运机器人恢复正常。
寻木块探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为高电平时则检测到物体, 当为底电平时则检测没有检测到物体, 搬运机器人再前进时探头始终寻找物体, 当搬运机器人寻物探头探测到物体时, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的机器手夹持物体。
步进电动机驱动电路如图所示该驱动动电路J2接单片机I/O口进行向L298输入脉冲, J3接步进电机的线上L298输出地脉冲来驱动步进电机转动或停止。
5 结束语
本文对智能小车的硬件及软件进行分析设计, 并且通过使用Pro/E三维软件对车体的设计。通过测试, 系统完全达到了设计要求, 不但完成了基本设计要求, 并增加了全路程记时、每次往返时间和全程时间显示和语音提示, 转向时转向灯显示三个创新功能。
参考文献
[1]赵健领.51系列单片机开发宝典[M].北京:电子工业出版社, 2007.
3.瑞麒智能数字小车 篇三
尽管这只是一款长3601毫米、宽1587毫米、高1527毫米的小车,但它身上清晰流畅的线条,给了我时尚与动感的视觉效果。这款高级精品小车,不但吸收了当下最流行的设计元素和风格,而且运动感十足。侧面腰线遒劲有力,配合5辐运动铝合金轮毂,处处彰显运动天赋;车头简洁圆润,略带椭圆形的大灯表面采用凸起的立体设计,与前保险杠两侧包裹过来的线条形成呼应,为前脸增添动感。
车身造型更有大胆的突破,不仅车身大胆采用了折线塑造,更在形体间穿插流畅犀利的线条,动感时尚的视觉效果总能让人眼前一亮,更明确标榜出M1车主必定是崇尚精彩、品味、个性十足的都市青年。
中置仪表盘为车厢带来活力气息,冷气和音响部分同样如此,没有太多繁琐的组合。就是几个简单的按钮加上仿镀铬饰板的衬托,这就是精品小车需要体现的元素。
一辆经济紧凑型小车,实际表现令人满意,座椅包裹性极佳,我们试坐后对头部、腿部空间的表现颇为满意,坐在前、后排,头部、双腿也不会有局促的感觉。
搭载1.3L动力的M1,发动机动力表现的令人佩服,最大功率62kw/6000rpm,最大扭力122kw/3500-4000rpm。低转速高扭力的动力性能最适合我们的道路交通状况。试驾时车内坐了3名成员,起步的时候,仍有不错的动力表现,只要转速控制在1200rpm左右,就算离合器放送过快一点,也不会有熄火的现象。
从M1起步的那一刻开始,我就觉得与一般的1.3L排量的小车有点不同,过去驾驶这个排量车时,为了提高输出扭力,在起步时我都会加大油门刻意提高转速,以获取更多的扭力,但M1似乎并不这样,只要转速越过1000rpm,起步需要的扭力就足够了,稍点油门车辆就起步了。M1的5速手动变速器已经是这个时代的标准配置了,但在不少品牌拼的并不是挡位,而是匹配合理程度。对于M1来说,变速箱的最大特点就是齿轮比较为合适,2挡换3挡的时候,转速跌落也就500rpm左右,上到3挡,动力衔接还算不错。我们试驾的时候将油门踏板踩到底,转速表还是按照自己的节奏攀升,M1搭载的智能数字节能系统,供油量根据路况和车速来控制。M1 1.3L的理论油耗只有4.5L/100KM,液晶显示屏显示这辆在磨合期间的试驾车,瞬时油耗6.2升/100KM左右,这无疑将令M1在实施燃油税新政的今天,受到更多消费者的追捧和喜爱。更难能可贵的是,M1完美地兼顾了节能和动力。搭载了ACTECO直列4缸双顶置凸轮轴电喷机,M1的最大输出马力可达62匹,在同类小车中可谓相当出色。
滇池路上的车流量大,当时速在60KM/h左右,用5挡定速行驶,中控台液晶屏转速显示仅1800rpm之间,对控制油耗很有意义,只有需要加速超车的时候,试着稍微退一个挡位,提高转速获得更多的动力,缩短加速超车的时间,小巧灵活的车身连续超越着车辆。
前麦弗逊与后拖曳臂悬挂调校得略硬,符合小型车过弯时的防止侧倾过度的要求;在一般道路上,显得很随和,经过滇池路上施工路段很多沟沟坎坎时,震动和颠簸幅度过滤得还算彻底,能够接受。在度假村区域内,以60KM/小时时速入弯时,要先减速再入弯,小型车要防止侧倾过度,利用制动降低车速,减轻悬挂对抗离心力的负担,而且有助于方形盘提前调整好出弯的角度,不过方向盘的指向性还是很准确的。
M1在同级别车型中最丰富实用的装备,配置不输于“日三样”中任一款,更配备了LED高位刹车灯、电动天窗自动升降、电动空调、电调大灯、智能后除霜延时系统、点火钥匙灯光提示等“日三样”不具备或很少配置的高端装备。这些对于追求时尚品味和智能数字生活的中高端客户来说,吸引力巨大。创新搭载的DSS智能数字安全系统、DSE智能数字节能系统、DSC智能数字驾控系统,令M1的安全、节能、驾控等性能成为最大亮点,是角逐高级小车市场最具竞争力的卖点。
TIPS 路线介绍
4.智能循迹小车 篇四
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
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5.智能小车的研究背景 篇五
摘 要:本文提出了一种应用于智能小车的光源位置及光强检测的设计方案。该方案由硅光电池、A/D及D/A转换器PCF8591t完成光信号的采集和转换,由单片机完成数据处理和小车运动控制。使小车能够根据光源位置、光线强弱的变化实现快速寻光。
关键词:PCF8591t 硅光电池 单片机 智能追光小车
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)04-0148-03
1、引言
随着机器人控制技术的发展和成熟,智能小车作为其中的典型代表广泛应用于科研、生活、教学等各个方面。仅从历年省级乃至全国的电子设计大赛的比赛项目中都可以看到智能小车的身影。智能小车通过所搭载的各类传感器来实现避障、巡线、防碰撞、追光、搬运等各类功能,而相关控制功能实现的好坏于传感器的性能有着密不可分的关系。本方案旨在设计一种可应用于智能小车上的结构简单、使用方便、性能稳定的光源及光强检测模块。
2、总体设计方案
如图1所示。
在本方案中,光源的检测由分布在小车车身不同位置的多个硅光电池来实现,将所采集的光源信号送至PCF8591t进行A/D转换,而后由单片机依据转换后的信号作出判断来控制小车的运动,从而实现小车追光运动。其中光源检测电路的数目可依据实际情况进行选择。
3、硬件设计方案
3.1 光源信号采集电路
这部分电路主要实现光源信号的采集,目前很多智能小车对于光信号的检测通常采用光敏电阻来实现,但光敏电阻的检测结果容易受到周围环境的影响,而且由于光敏电阻本身的特点,使检测结果与实际光强无法呈线性关系,使得检测结果误差较大。而专门的光强检测芯片价格又较高,如需在一台小车上配置多个检测芯片的话,这将是一笔不小的开销。
本方案中采用硅光电池进行光信号检测,硅光电池两侧的输出电压能够跟随外界光线强弱变化,而且光电池具有响应速度快,使用方便,频率范围宽,价格低的优点。其应用电路如图2所示,图中光电池两端的电压经过隔离和放大后,得到5V以内的模拟电压输出。图中运放采用通用运放LM358或LM324均可。
如图2所示。
3.2 A/D转换电路
这部分电路完成对光源信号采集电路输出的模拟电压进行A/D转换,其转换结果送至单片机进行处理。电路如图3所示,PCF8591t是Philips(飞利浦)公司生产的具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。内部有4路A/D转换输入,1路D/A模拟输出,最高转换速率达11KHz,不过该芯片的基准参考电压需要外接,图3所示电路的参考电压采用芯片本身的供电电压DC+5V。
I2C总线是Philips公司推出的串行总线,它与传统的通信方式相比具有读写方便、结构简单、可维护性好、易实现系统扩展、易实现模块化标准化设计、可靠性高等优点。在与CPU的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现。PCF8591t的引脚功能如表1所示。
3.2.1 PCF8591t的地址控制字
PCF8591t的地址控制字具体格式描述如表2所示。其中,I2C总线协议规定A/D器件高四位地址为1001,低三位地址为引脚地址A0～A2,由硬件电路决定,地址控制字的最后一位为方向位/,对A/D器件进行读操作时为1,进行写操作时为0。
为描述简单起见,在本方案中,仅分别在智能小车的左前方、右前方共安装了二个光电池,采集后的光源信号分别送至PCF8591t的二个模拟输入通道AIN0和AIN1,故使用一片PCF8591t完全满足要求,此时电路中A0～A2做接地处理,则此时PCF8591t的器件写地址为90H,器件读地址为91H。
3.2.2 PCF8591t的转换控制字
转换控制字用于实现器件的各种功能．如模拟信号由哪几个通道输入、是选择A/D转换功能还是选择D/A转换功能等。控制字节存放在控制寄存器中,总线操作时为主控器发送的第二字节。其格式如表3所示。
其中:D1、DO两位是A/D通道编号:00、01、10、11分别代表通道0～通道3
D2自动增益选择,该位为1时,对当前通道转换后自动切换至下一通道进行转换,为0时不自动进行通道转换,此时可通过软件修改转换通道。
D5、D4模拟量输入选择:00为四路单输入、01为三路差分输入(分别为前三个通道AIN0～AIN2与最后一个通道AIN3的差分输入)、10为两路单端输入(AIN0、AIN1)与一路差分输入配合(AIN2-AIN3)、ll为两路差分输入(AIN0-AIN1、AIN2-AIN3)。
D6 模拟输出允许位,A/D转换时设置为0(此时地址控制字最低位D0此时设置为1),D/A转换时设置为1(此时地址控制字最低位D0此时设置为0)。
3.2.3 PCF8591t的A/D转换
在进行A/D转换时,需要遵循标准的I2C写读时序,其数据读取操作格式和逻辑操作波形时序如图4所示,对PCF8591进行写读操后便立即启动A/D转换,并读出A/D转换结果。其中DATA BYTE N为A/D的转换结果,分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。A/D转换结束后,先发送一个非应答信号位,再发送结束信号位。
需要注意的两个问题:其一,上电复位后地址控制字和转换控制字均为为OOH,在A/D转换时须设置控制字,即须在读操作之前进行控制字节的写入操作。其二,由于在读周期中读出的第一个字节为前一次的转换结果,若需读取当前转换值,应多读一个字节。上电复位后读出的第一字节为80H。
4、软件设计方案
本方案中,智能小车上共安装了二个光电池,其信号放大电路的输出端分别作为PCF8591t的二路模拟信号输入,分别接于AIN0～AIN1。在进行光源检测时,读取每个输入端的A/D转换结果,然后进行综合判断就可以确定当前光源位置,以此来控制小车的运动,实现追光。其中完成单通道A/D转换及光源判断及运动控制部分的流程图如图5所示。
A/D转换的部分程序如下:
unsigned charad_conversion(unsigned char addr,unsigned char ch)
{ unsigned char i;
start();
write_byte(addr);// 发PCF8591t写地址
ack();
write_byte(ch);// 发PCF8591t转换控制字
ack();
stop();
start():
write_byte(addr+1);// 发PCF8591t读地址
ack();
i=read_byte();// 读取前一次转换数据
…………
returni;
}
其中,由于考虑到光电池及电路元件参数的分散性,所以在进行左右侧的转换值比较时,设定了容差范围,当两侧转换结果的差值在容差范围以内时,认为此时两侧的光强是一样的,小车可保持当前运动状态。实际应用时,应根据所选用的光电池特性和放大电路参数进行实际测量,以确定合适的容差范围。
同时,对于小车的运动控制,可采用PWM原理对小车进行调速,以此可方便的控制小车的运行速度和方向。
5、结论
采用本方案设计的智能小车追光系统,在实际应用中效果理想,性能稳定。而且由于PCF8591t在一片芯片中集成了4路A/D和1路D/A转换功能,且模拟输入有单端和差分方式可选,故给设计提供了很大的灵活性。而且芯片的通讯协议为I2C总线方式,在使用中为电路的设计提供了很大的方便,也为系统芯片有限的I/O口提供了最大的使用效率,同时具有读写操作简单,速度快,性能稳定,扩展方便等优点,还可以和其它I2C总线接口的器件构建功能较为全面的传感器系统,这一点在智能控制领域有着较为广阔的应用前景。
参考文献
6.智能小车的研究背景 篇六
推荐本文
□ 江晋剑钱萌
摘要：本文介绍了一种以AT89S52单片机作为检测和控制核心的简易智能小车设计方法，实现了小车的自动识别路线，判断并自动躲避障碍，选择正确行进路线，寻找光源等功能。
关键词：智能控制，红外传感器，PWM控制
智能车辆是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统——它集中地运用了计算机、传感、信息、通讯、导航、人工智能及自动控制等技术——是典型的高新技术综合体。本文设计的简易智能小车就是这种综合体的一种尝试。文中所设计的简易智能小车在多种传感器的配合下——具有自动寻迹、障碍物探测、金属检测以及追踪定点光源等功能，可以说基本实现了简易小车的智能化。
系统结构设计
简易智能小车系统结构设计模块图如图1所示：
轨迹探测模块
简易智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行使,由于黑线和白线对光线的反射系数不同,可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向，以使其保持沿着黑线行进。轨迹探测模块用3只光电开关（图2）。1只置于轨道中间，2只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光
电开关脱离轨道时，等待外面任意一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆。但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶。
驱动模块
简易智能小车有两个电动机。其中一个小电动机控制前轮转向，给电动机加正反向电压，实现前轮的左右转向；另一电动机控制后轮驱动力，加的反向电压使小车前进或后退。控制转向电动机需要较小的驱动力，经过实验，选L293作为驱动芯片；由于后轮驱动功率较大，所以选用L298N，经过实验发现小车行使过程中负载较大，导致L298N发热较大，故给芯片添加散热片以保护芯片正常工作。为了优化控制性能，采用PWM脉宽调速，并利用数模转换芯片产生模拟电压，控制555生成占空比可调的脉冲从而控制L293B与L298N进行脉宽调速，具体实现电路原理图可见参考文献[2]。
光源检测模块和避障模块
（1）寻找光源利用多只光源定位器。光源定位器主要由三极管检测电路构成。在模型车实验中由于光源距地面0.2m，用金属支架将3个光敏三极管固定在车的中间部分，并使光敏三极管尽量与光源保持水平。如图3所示，VT5为光敏三极管，三极管VT4、VT6构成达林顿管，三极管VT8是为了提高电路的带负载能力。由实验得知，由光敏三极管构成的该光源定位器输出是低电平，89S52可直接对信号进行判断。
（2）红外传感器是目前使用比较普遍的一种避障传感器。模型车采用左右两个红外传感器，通过调节两个电位器来调节两个红外传感器的检测距离。该避障电路，能可靠的检测左前方、右前方、前方的障碍情况，实现良好的避障功能。
金属探测模块及电源电路
（1）在本模型车的跑道设计中，放着3块金属片，在弯道区的相应点也有一块金属片，要求小车行驶过程中对弯道上的金属片个数计数。检测到弯道上相应点的金属片后停车。在模型车中采用LC并联谐振测量方法。LC并联谐振的测量电路如图4所示，电容C3，C4，C5外侧电感L2和反向器U1A构成了LC振荡回路，运放LM393实现了正弦波的整形功能，为了提高电路的带负载能力，在输出加上了一级反相器。
（2）为确保小车在行驶过程中各部件均能正常工作且相互之间不受影响，我们使用了两组电源为不同模块提供电压。其中一组9V电源经整流稳压后单独为单片机最小系统及其附属部件供电。如此安排满足了多次测试大量用电的需求。又可以将电机驱动造成的干扰彻底消除，提高系统的稳定性。
软件设计
7.智能小车的研究背景 篇七
本系统的提出, 通过单片机的无线通信与数据处理等功能, 将会继续优化目前的公交系统, 并解决仍然存在的问题。
1 智能公交模拟系统方案设计
如图1, 蓝色线标志小车向中央控制发出无线信号, 告知中央控制此时本车的位置信息;红色线标志中央控制向站台发出无线信号, 告知站台此时处于环路上的小车的位置信息, 站台对收到的信息进行运算处理, 显示出此时最优换乘的方案。
如图2, 1、2号小车在顺时针车道从站台A之前出发, 3号小车在逆时针车道从站台A之前出发, 程序开始运行, 在主函数中执行循迹小车算法。当检测到地面垂直于行车道的黑线时, 进入外部中断, 小车停车, 小车内部记录的位置信号N+1, 若为3, 则计为1, 并向主控站台2发出此时计数得到的站台位置信号N。主控站台2始终保持等待接收状态, 在接收到小车传来的位置信息时, 对位置信息进行整理, 把系统中3辆小车的位置信息发往其他各个站台, 并且计算离本站最近的小车编号与相距站数, 在液晶上显示, 提示候车乘客的最优换乘路线, 是在顺时针方向等候, 还是在逆时针方向等候, 以及车辆编号。其他站台始终保持等待接收状态, 在接收到主控站台2传来的小车位置信息时, 对位置信息进行运算处理, 计算出离本站最近的小车编号以及离本站剩余的站数, 并在液晶上显示, 提示候车乘客最佳乘车方向以及车辆编号。
2 系统硬件设计
整个系统包含7片单片机, 3辆小车, 3个L298电机驱动模块, 15个光电对管集成模块, 7片NRF24L01无线收发模块, 3片液晶等电路元件构成。
2.1 公交模拟系统小车实现方式
通过太阳能电池板发出电能, 通过DC-DC变换、整流、滤波为蓄电池充电, 蓄电池用以提供小车整个系统的电能。
如图3、4, 主控芯片STC89C52, P0.0-P0.3连接光电对管, 检测黑白线。其中P0.0-P0.3用以检测路面黑白线, 当光电对管正对黑线时, 光电对管输出高电平, 使单片机管脚输入为1, 当光电对管正对白线时, 光电对管输出低电平, 使单片机管脚输入为0。车道宽度选用2~3cm, 使得小车用于扫描车前的4个光电对管, 中间两个在车道上用以检测黑线, 最左和最右的两个用以检测白色地面。当单片机P0.0-3输入为0110时, 表明小车大致在车道正中行驶。当P0.0-3输入序列为0100时, 说明车道向左边偏转一些, 即小车应当向左转弯。此时, 单片机P1.0-3向电机驱动模块输出0010, 并延时少许, 使得小车可以保持左边车轮停止, 右边车轮前进, 实现左转。当P0.0-3输入序列为1100或1000时, 说明车道向左边偏转很大, 即小车应当向左迅速转弯。此时, 单片机P1.0-3向电机驱动模块输出0110, 并延时少许, 使得小车可以左边车轮反转, 右边车轮前进, 实现迅速左转, 使得小车可以重回到车道正中。反之类似。
P3.2所接光电对管较偏离车道, 只用于检测到达车站时遇到的黑线, 并根据上升沿进入单片机中断功能。进入中断后, 单片机先关闭中断功能, P1.0-3向电机驱动送入0000用以停止小车前进。小车从1号站台之前出发, 并设置N=0, 通过计数, 如果N≠3, 则N=N+1, 否则N=0, 得到小车此时所在的站台位置N, 并使用无线模块将此位置信号N通过小车的编号所在通道, 比如X1小车使用无线模块的数据传输通道1 (无线模块NRF24L01共有6个通道) , 将N通过通道1传输给中央控制台。当收到中央控制台确认收到信号时, 小车重新启动电机, 开启中断功能, 并退出中断。
2.2 公交模拟系统主控站台实现方式
如图3, 单片机工作, 使得无线模块始终处于等待接收数据状态, 当接收到数据时, 从通道4读取数组RX[3 (即为中央控制台发出的TX[3]数组) 。以2号站台为例, 对数组RX[3]中各个元素依据公式进行重新计算。不难发现, 在2号站台, X1 (1号车) 、X2 (2号车) 到达1号站台后, N=1, 与2号站台仅相距一站不到, X1 (1号车) 、X2 (2号车) 到达2号站台后, N=2, 要重新达到2号站台则还需要经过两站, 以此类推, 得到1、2号车位置信息N与到达2号站台的站数之间的关系分别为RX[0]= (4-RX[0]%3) , RX[1]= (4-RX[1]%3) , 而3号车位置信息N与到达2号站台的站数之间的关系为RX[2]=RX[2]%3。所以, 依据上面3个公式, 对RX[3]数组进行重新计算, 并通过RXmin=min (RX[1], RX[2], RX[3]) , 得到此时距离2号站台最近的小车距离RXmin。然后通过液晶显示出RXmin与小车编号, 提示候车的乘客是在此站台等车, 还是在线路对面等车, 更为快捷。
3 结语
本设计利用了单片机来作为核心控制模块, 通过单片机之间的无线通信及自动循迹小车, 实现对于现实公交系统的简单模拟。该模拟系统可以优化目前的公交系统, 并解决仍然存在的问题。
摘要：随着城市化进程的加快, 城市公交系统得到了长足发展, 四通八达的公交线路极大地方便了人们的出行。但是, 因公交运力不足或堵车等问题导致的站台等车时间过长, 等车时间不确定等问题给人们带来了很大困扰。本设计针对现有公交报站存在的问题, 使用单片机的通信以及数据运算能力, 一方面提升公交报站的准确性, 另一方面提示乘客在遇到环形线路时最佳的候车方向。
关键词：无线通信,自动循迹,最优换乘
参考文献
[1]张发海.基于单片机STC89C52的LED数码管温度显示及报警器的实现.科技信息, 2009年35期 (87-88)
[2]陈勖.李尔园全球定位系统 (GPS) 现代化运行控制段 (OCX) 的进展与现状.全球定位系统, 2010年02期 (56-59)
[3]江明.单片机控制多功能信号发生器.吉林大学, 2004
8.智能小车的研究背景 篇八
【摘要】本设计以飞思卡尔单片机MK60DN512VLL10为核心芯片，通过信号收集处理并控制智能车各个硬件，实现对小车的远程遥控控制，避免碰触障碍物，利用超声波传感器检测道路上的障碍物，行驶时间、速度、里程的显示等几大功能，并对其功能进行测试，整个控制系统设计结构简单，电路功耗低，所用元器件低价高性能，可靠性强，测试结果与预期结果一致。
【关键词】飞思卡尔单片机 电机驱动 红外遥控 超声波避障 红外避障
【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0224-01
引言
近年来汽车工业迅速发展，其中无人驾驶更受汽车工业发面的重视，道路识别、前进、倒车、红绿灯检测、道路行人识别与避障、速度控制等都是汽车工业无人驾驶方面的重要内容，与此同时，关于汽车方面的研究也越来越多。全国电子竞赛、各高校电子竞赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛等都有一智能车设计为题材，参设竞赛，可见智能车方面的研究已越来越受关注。越来越多的高校都开始重视这方面的研究，可见其具有重要的研究和推广意义。
1.系统总体设计概述
智能小车大体可分为由车体地板、单片机、电机、舵机、超声波传感器、红外对管、红外遥控等模块组成（见图1）。小车以飞思卡尔单片机K60为控制核心，实时监测接收由红外对管传感器、超声波传感器、红外遥控传感器发送出来的信号，并对其信号进行解密处理，提取有效信号，控制舵机的转向、电机速度、液晶显示，和障碍报警。
2.电机驱动电路
本设计由两个BTS7970构成的H桥驱动电路实现驱动（如图2）。由于采用了高性能的驱动电路，在程序上运用PWM波控制控制电机的转速和启停，加上使用编码器准确的测速，利用PID算法控制PWM波，当编码器将速度信息返回给单片机后，单片机自动进行比较给定的速度和实际测量的速度，然后将差值反馈给PID，通过适当的PID算法控制电机的PWM波，使得电机速度快速达到预定值。
3.避障、循迹模块电路
采用红外避障、循迹传感器，这是一种由红外发射管与红外接收管共同构成的光电传感器。光电开关就是利用这种电信号的变化而设计的。当这种电信号比较强时，说明有障碍物反射了红外发射管发出的红外线，光电开关为关状态，当电信号较弱时，说明没有障碍物反射红外线，观点开关为关状态， 红外避障传感器就是利用光电开关的这一开关特性而设计的。当检测到障碍物时，光电开关为关状态，单片机采集到这个信号后，立即对舵机、电机的状态进行改变，已达到避障的目的。
4.远程遥控
针对远程遥控技术，本设计中使用了目前使用较为广泛的一种通讯和远程遥控技术，由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
本设计使用一体化红外线接收器，是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
5.系统软件设计
本设计采用模块化设计方法，在AIR Systems环境下采用C语言编写程序。相关程序主要包括主程序、无线接收、电机驱动、避障、循迹、舵机控制、速度控制、按键、液晶显示等程序模块。
单片机通过不断的循环检测各个模块发送过来的信号，当检测到有无线遥控信号时，立刻切换到遥控模式，然后进行相应的动作，如果没有检测到无线信号，则继续进行自动行驶模式，根据避障、循迹、超声波等模块采集到的信号，自动进行相应的动作，比如电机的速度控制、舵机的转角控制、液晶显示、障碍报警、脱离赛道报警等动作。
6.总结
本设计使用了在汽车工业领域的芯片行业具有一定主导地位的芯片公司（飞思卡尔）所生产的32位核心控制器——MK60DN512VLL10单片机，其具有多路时钟发生器（MCG），配置有四种时钟：内核时钟（core）、总线时钟（bus）、外部总线时钟（FlexBus）、Flash 时钟（Flash clock），最高时钟的频率高达180MHz，具有高速的运行能力，另外带有看门狗电源模块，通过程序控制可达到待机状态，具有低功耗的优点。利用此款单片机设计一辆可智能避障行驶前进，外加各种数据采集、显示实时行驶情况，故障、危险报警等一系列动作的全自动小车。
参考文献：
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[3]张拓，戴亚文.基于AT89S52单片机的智能循迹机器人设计[J].机电工程基础，2009，1（3）：13-15
[4]吕泉.现代传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
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