智能車實驗報告

. ... ..寧 波 大 學創(chuàng)新性開放實驗報告題目 基于光電傳感器的自動尋跡小車學 號：姓 名：專 業(yè)：指導教師：目錄光電感應智能車 ................................................................................................錯誤!未定義書簽。. .. .c. ... ..!) ..31 42 43 54 6771 82 1013. .. .c. ... ..光電感應自動尋跡智能車【摘要】如果把自動尋跡小車成比例的擴大數(shù)倍，就成為真正有意義上的智能車，可以運用于軍事、民用領(lǐng)域，對未來汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒意義。通過光電傳感器來尋找軌跡，以所編寫的程序為軟件支持，通過單片機計算生成相應的控制參數(shù)，驅(qū)動電機來使小車按照軌跡運動。其中小車在直線行駛過程控制參數(shù)保持不變，勻速行駛，而在小車要轉(zhuǎn)彎之前則要先減速以防止小車過彎時沖出賽道，彎道過去之后在加速行駛以減少行駛時間。【關(guān)鍵詞】 紅外傳感器 ；PID控制；自動尋跡一、硬件系統(tǒng)（一）智能小車的整體結(jié)構(gòu)圖智能車通過單片機來接受和發(fā)出參數(shù)狀態(tài)信號，電源模塊是給智能車各個模塊提供電壓以使模塊可以正常運作， 尋跡模塊則是包含著參數(shù)輸送給單片機的作用， 驅(qū)動模塊是小車動起來的根源，測速模塊是為了控制車速以使智能車平穩(wěn)的沿著車道運行。. .. .c. ... ..1、電源模塊在“飛思卡爾”比賽中，比賽方提供的是智能車競賽統(tǒng)一配發(fā)的標準車模用 7.2V 供電，但是在單片機系統(tǒng)、路徑識別的光電傳感器、光電碼編碼器等均需要 5V電源，直流電機可以使用7.2V 蓄電池直接供電， 我們采用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源 （LM2940、7805等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（ LM2596）兩大類。對于單片機，選用 LM2940-5單獨對其進行供電；而其它模塊則需要通過較大的電流， 利用LM2940-5和LM2596-5對控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開供電，可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。電源電路圖：2、尋跡模塊尋跡模塊是智能車系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊之一，所尋找的路徑的好壞，將直接影響競賽的結(jié)果，我們采用的是光電傳感器來尋找路徑，光電傳感器具有電路簡單、信號處理速度快等特點。因為在賽道中由黑色軌跡線和大面積的白色區(qū)域組成，則會使發(fā)光二極管發(fā)射的光線強度不同，從而使接受到的光線強度不同，以此來指示小車前進。. .. .c. ... ..紅外傳感器電路圖：3、驅(qū)動模塊電機驅(qū)動電路可以用 MOS管搭建H橋驅(qū)動電路。采用 MOS管構(gòu)成的 H橋電路，控制直流電機緊急制動。用單片機控制 MOS管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)， 精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于 MOS管工作在飽和截止狀態(tài)， 而且還可以選擇阻很小的 MOS管，所以效率可以非常高，并且 H橋電路可以快速實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制。 MOS管開關(guān)速度高，所以非常適合采用 PWM調(diào)制技術(shù)。所以我們選擇了用 MOS管搭建H橋驅(qū)動電路。電機正轉(zhuǎn)電路：. .. .c. ... ..電機驅(qū)動電路：4、測速模塊在比賽中常用霍爾傳感器來測速。如圖 1所示，在半導體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為 B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上， 將產(chǎn)生電勢差為 UH的霍爾電壓， 它們之間的關(guān)系為 U=k ，d為薄片厚度，k為霍爾系數(shù)，通過對一定時間脈沖信號數(shù)量的捕捉可以計算出車輪的速度。. .. .c. ... ..霍爾傳感器的電路圖：二、軟件系統(tǒng)系統(tǒng)主程序流程圖開始系統(tǒng)初始化定時器開始尋跡模塊工作舵機工作

驅(qū)動電機工作定時中斷否速度采樣. .. .c. ... ..1、電機驅(qū)動因為智能車在賽道上的路徑不是一條直線，它是存在彎道的，所以讓小車以個加速度均勻的行駛是難以實現(xiàn)的，在此，我們采用在彎道里速度慢一些以保證穩(wěn)定性，在直道上速度快一些以減少整體行駛時間。在軟件上的計算方法采用 PID控制。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的 系統(tǒng)模型是我們選擇的原因。算法：u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]在實驗中為提高精確度，選擇積分分離PID算法，即當速度誤差較大時選擇PD控制，可避免大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的相應，當速度誤差較小時選擇PID控制，可保證控制精度。u(k)=kpe(k)+bTi∑e（j）+T*[e(k)-e(k-1)]b=1或0de（k）是當前給定速度和測量速度的偏差， e（k-1）是上次的偏差。PID控制程序：#include <stdlib.h>#include "global_varible.h"voidPID_Math(void){signedlongee1;//偏差一階//signedlongee2;//偏差二階signedlongd_out;//積分輸出if(!Flag_PID_T_OK)return;Flag_PID_T_OK=0;Temp_Set=3700;//溫度控制設(shè)定值37.00度PID_e0=Temp_Set-Temp_Now;//本次偏差ee1=PID_e0-PID_e1;//計算一階偏差//ee2=PID_e0-2*PID_e1+PID_e2;//計算二階偏差if(ee1>500)//一階偏差的限制圍. .. .c. ... ..ee1=500;if(ee1<-500)ee1=-500;PID_e_SUM+=PID_e0; //偏差之和if(PID_e_SUM>200) //積分最多累計的溫差PID_e_SUM=200;if(PID_e_SUM<-200)PID_e_SUM=-200;PID_Out=PID_kp*PID_e0+PID_kd*ee1; //計算PID比例和微分輸出if(abs(PID_e0)<200) //如果溫度相差小于 1.5 度則計入 PID積分輸出{if(abs(PID_e0)>100) //如果溫度相差大于 1度時積分累計限制{if(PID_e_SUM>100)PID_e_SUM=100;if(PID_e_SUM<-100)PID_e_SUM=-100;}d_out=PID_ki*PID_e_SUM; //積分輸出if(PID_e0<-5) //當前溫度高于設(shè)定溫度 0.5 度時積分累計限制{if(PID_e_SUM>150)PID_e_SUM=150;if(PID_e_SUM>0) //當前溫度高于設(shè)定溫度 0.5 度時削弱積分正輸出. .. .c. ... ..d_out>>=1;}PID_Out+=d_out; //PID 比例,積分和微分輸出}elsePID_e_SUM=0;PID_Out/=100; //恢復被PID_Out系數(shù)放大的倍數(shù)if(PID_Out>200)PID_Out=200;if(PID_Out<0)PID_Out=0;if(PID_e0>300) //當前溫度比設(shè)定溫度低 3度則全速加熱PID_Out=200;if(PID_e0<-20) //當前溫度高于設(shè)定溫度 0.2 度則關(guān)閉加熱PID_Out=0;Hot_T_Run=PID_Out; //加熱時間控制輸出PID_e2=PID_e1; // 保存上次偏差PID_e1=PID_e0; // 保存當前偏差1、舵機驅(qū)動原理：控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉(zhuǎn)動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而達到目. .. .c. ... ..標停止。即由 pwm波產(chǎn)生模塊計算相應的 pwm波占空比，產(chǎn)生 pwm波，驅(qū)動舵機，改變舵機前輪轉(zhuǎn)角意識智能車轉(zhuǎn)彎。程序：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuinta,b,c,d;/*a、b為舵機1、2的脈沖寬度/*/*c、d為中間變量/*sbitp12=P1^2;sbitp13=p1^3;sbitp37=P3^7;/*輸出管腳voidtimer0(void)interrupt1using1{p12=!p12;/*輸出取反*/c=20000-c;/*20000/*一個周期時間20msTH0=-(c/256);TL0=-(c%256);/*重新定義初值if(c>=500&&c<=2500)c=a;elsec="20000-a";/*判斷寬度是否在正常圍voidtimer1(void)interrupt3using1{p13=!p13;d=20000-d;TH1=-(d/256);TL1=-(d%256);if(d>=500&&d<=2500)d=b;elsed="20000-b";}voidmain(void){TMOD=0x11; /* 設(shè)初值p12=1;p13=1;a=1500;b=1500; /* 舵機90度的位置c=a;d=b;. .. .c. ... ..TH0=-(a/256);TL0=-(a%256);TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*設(shè)定定時器初始計數(shù)值EA=1;ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;ET1=1; TR1=1;PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;/* 設(shè)定中斷優(yōu)先級在程序中只要改變 a，a從500變化到2500，就可以讓舵機從 0變化到180度。. .. .c舵機PWM波模塊初始化A/D 轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換傳感器當前狀態(tài)監(jiān)測

. ... ..監(jiān)測狀態(tài)發(fā)生改變的傳感器計算智能車偏差的傳感器計算前輪轉(zhuǎn)角改變