基于單片機(jī)的智能循跡小車計算機(jī)作品大賽作品-答辯課件

2021年江西省計算機(jī)

作品大賽辯論基于單片機(jī)的智能循跡小車隊長/報告人：羅愛軍隊員：王明晟劉增龍日期：

作品背景智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中運(yùn)用了計算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車輛在原車輛系根底上主要由計算機(jī)處理系統(tǒng)、攝像機(jī)和一些傳感器組成。攝像機(jī)用來獲得道圖像信息，車速傳感器用來獲得車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側(cè)方、后障礙物信息等，然后由計算機(jī)處理系統(tǒng)來完成對所獲圖像、信息的預(yù)處理、增與分析識別工作，并對車輛的行駛狀況做出控制。智能車有著十分廣泛的應(yīng)景，許多國家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究，最典型的運(yùn)用就是在智能運(yùn)輸系統(tǒng)ITS上的應(yīng)用。智能車輛在物流、軍事等眾多領(lǐng)域都有很廣的應(yīng)用前景。主要內(nèi)容：作品簡介1循跡小車總體設(shè)計2循跡小車硬件設(shè)計3循跡小車軟件設(shè)計4總結(jié)5作品簡介:跑道信息采集，并傳到核心芯片處理芯片處理采集到的信息并將處理結(jié)果傳遞到驅(qū)動控制模塊接收處理后的信號，控制車身通過驅(qū)動模塊進(jìn)行對驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)的控制。使得車身在單片機(jī)的控制下前行、停止、轉(zhuǎn)向等。單片機(jī)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后通過對電壓進(jìn)行比較，識別出黑線的位置，同時接收編碼器傳遞的信號。進(jìn)行綜合處理，并對控制模塊傳遞控制信號。加載CCD紅外探測頭，采集跑道的信息。傳感器對賽道〔白色〕和引導(dǎo)線〔黑色〕的信息進(jìn)行采樣后，以電壓的形式送給單片機(jī)。此作品本次設(shè)計的智能車在行進(jìn)的過程中，利用了紅外傳感器采集路面信息，得到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，通過PWM波控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動，通過KinetisARMCortx-M4K60-144pin控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，以到達(dá)自動尋跡的目的。循跡小車其他特點(diǎn):

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車身采用C型車模。擁有雙驅(qū)動電機(jī)，車輪摩擦力相對較大。同時采用小型號的車輪使得對車輪的控制力大大提升，車身更穩(wěn)定。

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循跡小車的另一個特點(diǎn)是高度自動化，可以自行根據(jù)跑路況進(jìn)行綜合判斷依據(jù)程序計算下一步車身如何進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。完全不需要認(rèn)為進(jìn)行干預(yù)。

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電源采用標(biāo)準(zhǔn)車模用7.2V2000mAhNi-cd蓄電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。其中，單片機(jī)系統(tǒng)、路徑識別的光電傳感器和接收器電路、車速傳感器電路，LCD顯示電路，需要5V電壓，伺服電機(jī)工作電壓范圍4.8V到6V。循跡小車總體設(shè)計:

循跡小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計方案。傳感器對賽道〔白色〕和引導(dǎo)線〔黑色〕的信息進(jìn)行采樣后，以電壓的形式送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后通過對電壓進(jìn)行比較，識別出黑線的位置，以控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動。同時通過驅(qū)動模塊對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制。

循跡傳感器:

1攝像頭視頻信號端接LM1881的視頻信號輸入端，同時也接入S12的一個AD轉(zhuǎn)換器口〔選用AD0〕。LM1881的行同步信號端〔引腳1〕接入S12的一個帶中斷能力的I/O口循跡傳感器電路圖驅(qū)動電路:

1

直流電機(jī)的控制一般由單片機(jī)的PWM信號來完成

2MC33886為橋式驅(qū)動電路，通過控制輸入的信號，可以控制兩個半橋的通斷來實現(xiàn)電機(jī)的順轉(zhuǎn)與倒轉(zhuǎn)。由于在賽車中不需要倒車，為了擴(kuò)大芯片的驅(qū)動能力，把兩個半橋并聯(lián)使用。驅(qū)動芯片和直流電機(jī)接線圖循跡小車軟件設(shè)計:

1本設(shè)計采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計。因此，軟件的設(shè)計上，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對軟件進(jìn)行設(shè)計，使得程序變得更加直觀易懂。程序的主要模塊有：主程序、定時溢出中斷效勞程序、外部中斷效勞程序。

2KeilC51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)可用于編輯C或匯編源文件。然后分別由C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件〔.OBJ〕。目標(biāo)文件與庫文件一起經(jīng)LIB51連接定位生成絕對目標(biāo)文件〔.ABS〕。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件。

3在軟件調(diào)試中，使用功能強(qiáng)大且的WAVE6000軟件進(jìn)行軟件編譯與調(diào)試,使用MicrocontrollerISPSoftware及其配套的單片機(jī)對程序進(jìn)行燒錄。局部程序功能舵機(jī)中值調(diào)整K60作為主控板，電源提供3~7.8V供電，k60芯片和舵機(jī)直供3v，ccd直供5v，電機(jī)模塊供穩(wěn)壓后7~8v。電源供電后，初始化各個模塊，ccd掃描賽道，延時兩秒鐘，電機(jī)開始工作，ccd采集圖像并傳遞給k60，k60處理ccd的信號后，更改傳遞給舵機(jī)的占空比，使之始終不偏離賽道，編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，并反響給k60，k60根據(jù)ccd采集的信號，修改電機(jī)占空比，使之不因轉(zhuǎn)速而出賽道。程序編寫思路二值化算法關(guān)鍵點(diǎn)調(diào)試代碼調(diào)試前期主要是獨(dú)立調(diào)試階段，獨(dú)立調(diào)試的對象主要包括雙路電機(jī)驅(qū)動模塊，舵機(jī)，ccd，當(dāng)然包括k60芯片。調(diào)試可能遇到的問題以及應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)的效果：1.IAR編譯燒錄失敗〔原因非常多〕2.Jlink固件喪失3.資料不全，沒有相關(guān)底層庫及例如代碼4.不同的底層庫有不同的效果5.電腦串口燒壞6.Uart無法發(fā)送數(shù)據(jù)，看不到ccd圖像7.舵機(jī)轉(zhuǎn)角與占空比不協(xié)調(diào)8.電機(jī)轉(zhuǎn)速，拖動，轉(zhuǎn)矩問題9.Ccd圖像采集出現(xiàn)死點(diǎn)，盲點(diǎn)，導(dǎo)致丟線10.編碼時，變量類型有無符號〔盡量使用有符號類型〕11.硬件燒毀程序設(shè)計結(jié)論：此智能循跡小車為根底，使用了CCD光電傳感器來探測跑道環(huán)境，同時對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合。來進(jìn)行對驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)的控制取得了以下成果：

2經(jīng)過屢次的測試證明，循跡傳感器呈M型布局時更適合檢測多彎道的軌跡。由于傳感器不在同一直線上，故小車轉(zhuǎn)彎時，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前端的傳感器那么對采集的信號有更好的前瞻性。整個布局有利于在彎道處提高小車速度。但相對一字型布局，M型布局容易產(chǎn)生不穩(wěn)定信號，從而產(chǎn)生信號震蕩，影響小車行駛的穩(wěn)定性。

3小車保存了擴(kuò)展功能。循跡小車在完成設(shè)計預(yù)想的前提下，考慮到車體結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單化，降低了制作本錢，使之更具有普及性。保存了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開發(fā)。1小車可以實現(xiàn)自動探測跑道情況并在無外部環(huán)境影響或改變時，小車將自動跑完跑道一圈。展望：智能循跡小車屬于應(yīng)用開發(fā)工程，涉及