基于光电检测的智能车设计与开发

安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工业大学工商学院本科毕业设计（论文）题目：基于光电检测的智能车设计与开发学院：电气信息学院专业：自动化班级：自1241学号：121842413学生：唐磊指导教师：刘一帆安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要制作光电检测的智能小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。软件是在CodeWarrior5.0的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。关键词：MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ABSTRACTMakingautomatictracingcarinvolvedtheprofessionalknowledgeincludingcontrol,patternrecognition,sensingtechnology,automobileelectronics,electrical,computer,machineryandsoonmanysubjects.Accordingtothetechnicalrequirementsofthecontest,wedesigntheintelligentvehiclecontrolsystem.Intheentirecontrolsystemofthesmartcar,howtoaccuratelyidentifytheroadandreal-timecontrolthespeedanddirectionoftheSmartCaristhekeytothewholecontrolsystem.Becausethiscarcanautomatictracing,accelerate,slowingdown.SoitisalsoknownasintelligentcarthisintelligentvehiclecontrolsystemdesigntaketheMC9S12XS128microcontrollerasacore,examinescar'spositionandtheheadingthroughtworowofphotoelectricsensorsgainstheracecourseinformation,judgesthecorrespondingracecoursetypeaccordingtotheracecourseinformation,andassignedthedifferentspeedtocontrolforthehardwarecircuit,hascompletedinchangesundertheloadconditiontothespeedfaststableadjustment.Theinfraredcorrelationsensorusesinexaminingtheintelligentvehicle'sspeed,(PWM)controlstheelectricalmachineryandtheservobythepulse-durationmodulationcontrolmodeachievesthecontrolintelligencevehicle'smovingvelocityandthedeflectiondirection.ThesoftwareisundertheCodeWarrior5.0environmentwiththeClanguagecompilation,actuateselectricalmachinery'srotationalspeedandservo'sdirectionwiththePIDcontrolalgorithmadjustment,completestothemodelvehiclevelocityofmovementandtheheadingclosed-loopcontrol.Theintelligentvehiclecandistinguishthespecificracecourserapidlyaccurately,andalonginletlinebythehighspeedcontroltravel.Theentireintelligentvehiclesysteminvolvesthevehiclemoldmechanismthere-equipping,thesensorcircuitdesignandthecontrolalgorithmandsoonmanyaspects.Aftertherepeatedtest,hasdeterminedtheexistingintelligentvehiclemodelandeachcontrolledvariablefinallymanytimes.Keywords：MC9S12XS128;PID；PWM；photoelectricsensor;smartcar安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1.绪论..................................61.1引言......................................61.2.1总体设计..................................71.2.2传感器设计方案............................71.2.3控制算法设计方案..........................8第二章机械结构设计....................92.1前轮倾角的调整............................92.2齿轮传动机构调整..........................92.3后轮差速机构调整.........................102.4红外传感器的固定.........................102.5小车重心的调整...........................102.6齿轮啮合间隙的调整.......................11第三章硬件电路的设计.................123.1系统硬件概述.............................123.2电源模块的设计...........................123.2.1LM2940供电电路..........................133.2.2LM2596供电电路..........................143.3电机驱动模块.............................153.3.1模块介绍.................................153.3.2使用说明.................................153.4路径识别模块.............................173.6单片机模块的设计.........................193.7硬件电路部分总结.........................20第四章软件系统设计...................214.1智能车控制算法监测平台...................214.2主程序流程图.............................214.3系统的模块化结构.........................22安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.3.1时钟初始化...............................224.3.2串口初始化...............................234.3.3PWM初始化...............................244.4中断处理流程.............................254.5小车控制算法.............................254.5.1舵机控制.................................264.5.2速度控制.................................274.7弯道策略分析.............................29第五章开发与调试.....................315.1软件开发环境介绍.........................315.2智能车整体调试...........................345.2.1舵机调试.................................345.2.2电机调试.................................345.2.3动静态调试...............................34第六章结论...........................366.1智能车的主要技术参数说明.................366.2总结.....................................366.3不足与展望...............................36参考文献...............................37致谢.................................38安徽工业大学工商学院毕业设计（论文）说明书共页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程项目的灵魂。因此，在设计和制作伊始对思路与方案的选择要非常的仔细,谨慎。作为一个快速的随动控制系统。结合智能车设计的实际情况以及前人对自动控制系统的设计经验。得出简单、稳定、快速、智能八字方针作为智能车方案设计的指导原则。智能车是一个快速的随动控制系统，其控制系统分为两个大的子控制系统，分别为：方向控制系统与速度控制系统。方向控制的作用就好比是驾驶员和他所控制的方向盘；速度控制系统的作用就好比是驾驶员和他脚下的油门与刹车。方向控制系统能使智能车沿着导引黑线行驶而不至偏移。速度控制能使智能车在直道上加速行驶而在入弯时刹车减速以尽量提高行驶速度和避免因入弯速度过快