前言

文中是依据第三届中国大学生“飞思卡尔”杯智能驾驶比赛规定设计方案独立鉴别路面的智能小车。全部系统软件使用了主办方给予的16位单片机设计mc9s12dg128为关键，模型车自身含有分动箱和后驱，必须设计方案进行基于单片机的全自动自动控制系统促使模型车在关闭的赛道上独立循线运作。

车模与控制板组成一个全自动自动控制系统，如图所示1，系统软件硬件配置以51单片机为关键，装有感应器、执行器及其两者的推动电源电路，而信息资源管理与控制系统由单片机软件进行［1］。控制系统设计规定单片机设计把途径的快速分辨、相对应的转为交流伺服电机操纵及其直流电驱动电机的操纵高精密的融合在一起。

智能小车的制定是在确保模型车靠谱运转的条件下，以电路原理简约、车身协调能力高为标准。设计方案的两个关键，一是红外传感器的格局和电路原理，一是循线控制系统的设计方案。

文中第二节关键讲解了红外传感器的电路原理和合理布局，这也是数据信号数据采集的重要，等同于智能小车的“双眼”；第三节关键讲解了循线控制系统，这也是操纵的关键，等同于智能小车的“大脑”；最终在第四节对智能小车的硬件配置、软件开发及试验状况做好了大致表明。

红外传感器

红外传感器的挑选及电路原理

红外传感器坐落于智能小车的最正前方，具有预先判断途径的功效。其释放的光对乳白色和灰黑色有不一样的透射率，因而能获得不一样的电流值，采进单片机设计后根据一定的优化算法较为工作电压来分辨黑条的部位，进而操纵舵机的旋转。这类方式便于完成，响应时间快，实用性好，低成本。

文中采用性价比高基本上合适的双光束红外线感应器tcrt5000。红外线红外传感器电源电路的制定方式各种各样，因为文中优化算法中运用的是感应器列阵工作经验分辨方式，为了更好地操纵简单选用数据量輸出感应器电源电路，如图所示2所显示。

放电管选用脉冲调制式发亮，即vo是震荡电路造成的脉冲信号工作电压，那样易滤掉外部影响。尽管电源电路比较繁杂，但可以确保模型车的平稳行车［3］。

红外传感器合理布局的科学研究

放电管列阵的布置立即危害智能小车的循线实际效果。一般来说，典型性的格局有“一”字型合理布局和“w”形合理布局二种。

说白了“一”字型合理布局，便是把好几个感应器依照“一”字排除。这类感应器合理布局方法最普遍，优化算法在理论上便于完成。其缺点取决于：对跑道的折射率基本上沒有一切预测分析作用。因而一般不采取这样的合理布局。

而“w”形合理布局，是把好几个感应器依照“w”形排序。“w”形合理布局因为感应器遍布在两行，促使智能小车对转弯有一定的预测分析作用，这类预测分析作用尤其表现在直道进到转弯时时刻刻。后一排感应器仍在直道时，前一排感应器早已进到转弯。而缺点是增多了控制系统的复杂性，分辨舵机的转动角度时，通常需用上一次的检验数据信息。工作经验判定的几率也伴随着感应器总数的提高而提升。

红外传感器合理布局模拟仿真

经数次仿真实验，最后确认了温度传感器的格局和总数。选用如图所示3所显示的“w”形合理布局，一共有13个感应器，前座8个，后排座5个，前后左右两行间隔为3.5cm。设定这一间隔，使其对跑道有一定预测分析作用。实际的空间布局及模拟仿真实际效果如图所示4所显示。

循线控制系统

文中选用工作经验反馈调节，即在一般工作经验操纵的根基上，添加pid操纵的观念，引进占比、積分、求微分三个操纵参量，执行意见反馈，并使用積分分离出来的控制措施。

循线控制系统是运用前后左右两行感应器综合性检验数据信号来逻辑推理获得模型车的精准转为及具体化的时速。方位分辨的办法是：如图所示3，最先分辨下面5个感应器的状况，假定s3处于黑条部位，再观查下排8个感应器，这时s3将下排感应器分成上下两侧，因为邻近2个感应器间间距稍超过黑条总宽，因而任何时候只有有2个感应器与此同时检查到黑条，这样一来依据剖析左右两行感应器数据信号就可以基本上判定出模型车的转为状况。比如，某一时时刻刻s3和s8检验到黑条，就可大体分辨模型车应往右边拐，并依据2个感应器的联线和垂直方位的交角可分辨舵机的转为和大概视角。

但另外还应留意，当车模进到左边转弯时，也有可能发生s3和s8一同检验到黑条的状况，这类情形下就需要查验上一时时刻刻的控制器数据信号，便是检验s4||s13的状况，若s4||s13結果为1，则觉得车模应左拐，若s4||s13結果为0则应右拐。一次方位分辨的步骤如图所示5所显示。

在系统中创建2个二维数组，一个储存每一次检查到的数据信号，另一个储存执行操纵后的当今数据信号做为历史记录。添加这类带历史记录分辨的观念后，促使操纵更加精准［4］。

除开之上分辨规律以外，也有这两种情形必须考虑到。即只有一个感应器检验到黑条的情形及其交叉赛道的状况。针对只有一个感应器检验到黑条的状况，一样必须查验上一时时刻刻的控制器数据信号，比如，某一时时刻刻仅有s6检验到黑条，若上一时时刻刻s5检验到黑条，则车模左拐，若上一时时刻刻s7检验到黑条，则车模右拐。

针对交叉赛道的状况，则运用一种“过滤”的观念将其“滤”祛除。碰到交叉赛道时，必定会发生同一排好多个感应器与此同时检查到黑条的状况，这时就给模型车一个指令使其平行线前行，将交叉赛道清除掉。

这就是本系統根据工作经验判断推理的循线控制系统，在这个基础上根据不断地试验调节各种主要参数可实现不错的调节实际效果。

试验結果

硬件开发

电机驱动器电源电路

电机驱动器选用mc33886做为推动集成ic，其工作原理如图所示6所显示。根据向in1、in2口送出去pwm波来调节马达的顺转和翻转，正变为智能小车加快，翻转降速。更改pwm波的pwm占空比，可操纵马达的旋转速度［5］。

速率检验电源电路

文中选用增加量式光学伺服电机来精确测量时速，其輸出脉冲信号的頻率正比例于转速比，能够根据测量单位周期时间内单脉冲数量或是单脉冲周期时间获得单脉冲的頻率，具备较高的精密度。

开关电源转换电源电路

智能小车系统软件装有7.2v的蓄充电电池，可立即为直流无刷电机供电系统。单片机设计、红外传感器和光电编码器所需工作电压为5v，伺服电机舵机为6v。这种工作电压则由7.2v电瓶调整获得。

单片机设计和光电编码器根据电源芯片7805稳压管輸出5v工作电压供电系统。红外传感器数量多、功能损耗大，对开关电源可靠性需要高些，故独立选用高效率较高的集成iclm2575对它供电系统。给舵机供电系统的集成ic采用的是低电压差可调式輸出三端线形稳压电源lm1117，上面给予安全性实际操作维护等作用。

软件开发

软件开发分控制模块完成，在其中源程序包含数字时钟复位、i/o口复位、舵机电动机复位、收集数据信号和控制系统，操作程序见图7。

试验結果以及剖析

软件开发操作过程中充分使用了主办方给予的s12关键单片机开发板，它是由mc9s12dg128单片机设计产生的最小系统。mc9s12dg128归属于hcs12系列单片机设计，是motorola发布的性能卓越16位微处理器。它可以给予32-512kb的第三代快闪视频内嵌式储存器，系统总线速率可以达到50mhz，外场数字时钟可以达到25

mhz。还具有编号经济效益、上面改错工作能力，并与mc68hc11和mc68hc12构造编号向上兼容。mc9s12dg128单片机设计具备112个脚位，在其中与cpu有关的脚位全是兼容的。

s14开发板上面有组成最小系统的延时电路、结晶震荡器及晶振电路，串行通信的rs-232光耦电路， 5v电源插头。单片机设计中早已载入了研发的监管程序流程。八个灯泡用以调节软件系统。单片机设计的全部i/o端口号都根据2个64芯的欧式古典电源插头引出来。

硬件配置调节时，各自对各组件作用实现检测，关键调整红外传感器，它认知黑与白线时輸出数据信号应不一样，认知一条线时历经电压比较器輸出为低电频，认知黑条时輸出为上拉电阻。手机软件调节时，可运用bdm开发环境，表明单片机设计运作时其內部储存器中的数据信息。

根据软硬件的协同调节和试验，发生了一些难题，但经过对系统的不断完善和车模的重新装配后实际效果大大的改进。最后车模可在塑胶跑道上循线运作，但仍存有功能损耗很大，转为延迟等难题。

总结

文中根据自动控制系统基本原理，运用探察控制模块的路面误差数据信号使智能小车完成循迹追踪，运用pwm技术性操纵马达的转数和舵机的转为。

文中主要详细介绍了红外传感器的排列“w”形合理布局及其循线控制系统，他们是确保智能小车循线运作的重要。“w”形合理布局使智能小车具有了路面预测分析工作能力，而循线控制系统促使车身转为迅速恰当。

根据对智能小车模拟仿真和研究说明，全部体系的计划方案行得通，系统软件的控制方法和硬件软件基本上有效。操纵层面，尽管传统的pid操纵在电机调速层面有优良的调节实际效果，但因为车模的动力学方程因车辆状况不一样而转变 等缘故，促使pid操纵实际效果遭到危害，之后可考量选用控制器设计，使优化算法更为智能化系统，系统软件的适应能力更强。

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