基于光电传感器寻迹智能车的研究

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1、 计算机与信息学院 本科毕业设计（论文）基于光电传感器寻迹智能车的研究摘 要随着近年来，智能化交通工具被广泛使用，智能汽车的设计和开发，将从根本上改变现有汽车的信息采集处理、数据交换、行车导航与定位、车辆控制的技术方案与体系结构。本文提出并设计了一种基于Freescale公司HCS12单片机系列设计的无人控制式智能车系统模型，主要论述了采用MC9SXS128单片机控制，通过光电效应识别有黑色引导线，白色路径的道路方案，能够过最小曲率半径50厘米的小弯，同时采取减速策略，同时在过波浪弯的情况下，使车尽可能的稳定，智能识别十字交叉黑线，在直道上采用加速策略。全文由制作智能车的背景概述、硬件电路的设

2、计、机械的调整、软件的设计四部分组成。介绍了系统的开发背景、单片机技术、光电检测技术；综合论述了系统的要求和功能设计，并给出了系统整体构架；对主要硬件电路系统进行了电路原理图的设计，通过数据线连接单片机系统，对其进行指令控制，并设计软件的流程框图，用C语言编程。并论述了传感器在当今智能系统中所承担的重要地位。系统的制作过程中主要利用MC9SXS128的强大功能，如多级中断，计数器实用，多通道PWM调制，锁相环超频工作灯功能。该设计具有一定的实用性与前瞻性，基于目前社会对于智能化的迫切需求，家用汽车将来的发展趋势也将越来越趋向智能化，无人驾驶将会不再是梦想。关键字：智能车；MC9SXS128；光

3、电检测；路径识别；PWM调制；C语言编程The Resarch Based On Photoelectric Sensor Of Tracking Intelligent CarABSTRACTFrom the beginning of these year, intelligent transportation is widely used, the design and development of intelligent vehicle will fundamentally change the existing the technology solutions and system s

4、tructure of car from information collection processing, data exchange, traffic navigation and positioning, vehicle control .This thesis put forword and design a microcontroller of unmanned intelligent vehicle system model based on Freescale company HCS12 family design , mainly discusses the intellig

5、ent car which takes control of MC9SXS128 MCU control through the photoelectric identification of road system of the black guide lines and the white path. The intelligent car can make a least curvature of minimumcurvature radius of 50 cm while taking the slow strategy which can make the car as steadi

6、ly as possible.It also take the intelligent identification of crossed black lines and make accelerated strategy on the straight path.The whole passage have four partsan background of intelligent vehicle,the hardware circuit design, the mechanical adjustment and software design. The thesis introduces

7、 the background of the system development,microcontroller technology,photoelectric detection,mainly discussing the system requirements and functional design,also giving the overall system architecture. The design includes the circuit design of main hardware circuit system and through the cablesystem

8、 via MCU system it take control of the car by orders based on the block diagram design software with C language programming. The thesis discusses the important positon of intelligent sensor systems today.The producion process of system mainly uses MC9SXS128 powerful function, such as multi-level int

9、errupts, counters and practical, multi-channel PWM modulation, phase-locked loop overclocking features working lights.The program has some of the practical and forward-looking, intelligent, it is based on the current urgent need for intelligent. And I will surely believe in the near future family ca

10、r will become more and more intelligent, unmanned vehicle will be no longer a dream.Key words: intelligent car ; MC9SXS128;photoelectric detecting;tracking; PWM control; programming by C第1章 综 述汽车工业发展已有100多年的历史。自20世纪80年代以来，智能控制理论与技术在交通运输工程中越来越多地被应用，在这一背景下，智能汽车的概念应运而生。所谓智能汽车，就是在网络环境下用信息技术和智能控制技术武装的汽车。

11、智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，研究人员正从智能汽车的信息系统、控制系统、网络环境及智能结构等几个方面进行研究。智能汽车的设计和开发，将从根本上改变现有汽车的信息采集处理、数据交换、行车导航与定位、车辆控制的技术方案与体系结构。自20世纪90年代以来，随着汽车市场竞争激烈程度的日益加剧和智能运输系统研究的兴起，国际上对于智能汽车及其相关技术的研究成为热门，一批有实力、有远见卓识的汽车行业大公司、研究院所和高等院校也正在展开智能汽车的研究。国内外业界和学术界形成了共识，即现代汽车行业的新一轮竞争的焦点将是设计微电子技术、智能自动化技术、通信技术等新技术领域的智能汽车的研究与开发。1.1 系

12、统开发背景1.1.1智能车设计的意义21世纪的汽车概念将发生根本性的变化。现在的“汽车”是带有一些电子控制的机械装置，将来的“汽车”将转变为带有一些辅助机械的机电一体化装置，汽车的主要部分不再仅仅是个机械装置，它正向消费类电子产品转移。据HP公司统计，目前世界平均每辆汽车在电子方面的投资约为1200美元，而且正在以每年15%的速率增加。同时，智能汽车在传统汽车上配备了远程信息处理器、传感器和接收器，通过无线网络获取前方交通状况。引导汽车加速或减速。这样，汽车就能更为平稳地行驶，避免不断刹车、启动的动作，以降低油耗。随着汽车电子控制技术的发展，中国的汽车工业将面临着巨大的发展机遇和挑战，开展智能

13、汽车技术的研究与开发工作具有重要意义。1.1.2 智能车开发热潮智能汽车是一种高新技术密集型的新型汽车，是今后的主流汽车产品。而研究智能汽车所必需的理论与技术支持条件大部分已经基本具备。正是基于这一点，国家上正在形成智能汽车研究、设计、开发、竞赛的热潮。美国是世界上对智能汽车最为关注的国家。美国交通部已开始一项五年计划，投入3500万美元，与通用汽车公司合作开发一种前后防撞系统。同时，美国俄亥俄州立大学和加州大学以及其他一些研究机构正在进行全自动车辆的研制与改进工作。CMU大学的NabLab5实验智能车是由Potiac运动跑车改装而成的，装有便携式计算机、摄像头、GPS全球定位系统、雷达和其他

14、辅助设备。1995年6月，NabLab5进行了横穿美国的实验NHAA（No Hands Across America）,从宾州的匹兹堡到加州的圣地亚哥，行程4587Km,其中自主驾驶部分占98.2%。美国移动导航子系统（MNA）能计算出最佳的行驶路径，还能不断地接受现场的最新交通状况，给出连续更新的指向，让车辆始终沿着最理想的路线向前行驶。此外，美国还将智能汽车的研究用于军事上，美国国防部采用无人车去执行危险地带的巡逻任务，目前正在进行第三代军用智能汽车的研究，称为Demo III,能满足有路和无路条件下的车辆自动驾驶。1.2微控制器简介及现状MCU是Microcontroller Unit的

15、缩写，即微控制器，国内又称单片机（Single Chip Microcomputer）。在20世纪70年代末，随着大规模集成电路的出现及发展，将微型计算机的核心部件CPU、RAM、ROM、定时器、计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的微型计算机。微控制器已广泛地应用在人类现代化生活上，例如：字母无绳电话、电子收款机、扫描仪、防盗及安全装置、汽车控制、计算机以及外设、传真机、乃至电子字典、MP3、MP4、DVD、数码相机、打印机、智能冰箱、洗衣机、电视机、变频空调、自动豆浆机等，均采用了一片乃至多篇微控制器，使之成为智能化产品。在微型计算机的发展过程中，数据处理和输出/输入控制一

16、直是微型计算机功能提升的两条主线，也是一对矛盾。受功能、功耗、体积、重量、速度等指标的限制，要求每一种微型计算机同时具有这两方面的优异性能是极其困难的，也会限制其性价比的提升。自1976年Intel公司首先推出MCS-48系列微控制器以来，微控制器以可靠性高，体积小，功能全、价格低等特点，得到广泛应用，为消费类和工业类智能化电子产品的发展奠定了基础，微型计算机技术也真正开始沿着微控制器和微处理器两个相互独立、完全不同的方向突飞猛进地发展。世界微控制器的著名供应商主要有Intel、Freescale、Microchip、原三菱、ST、Philips、Zilog、Atmel、NEC、TI等。近年来

17、，韩国、中国台湾地区的一些企业也开始生产一些与上述著名企业兼容且更为廉价的微控制器。以抢夺一些低端产品市场。1.3 Freescale微控制器概述 Freescale公司是目前全球领先的半导体公司之一，它为汽车电子、消费电子、工业控制、网络和无线市场设计并制造了众多的嵌入式半导体产品，拥有多达19000种产品。Freescale公司是全球十大芯片制造商之一，2005年的收入达58亿美元，在8位，16位和32位微控制器领域均处于技术领先地位。Freescale公司的MC家族以8位、16位、32位机位主，采用CISC体系，目前的主流8位机时9S08系列，16位机时HC9S12(X)系列，高级16位

18、机时56F系列。Freescale微控制器产品的技术根基课追溯到32年前。1974年，Freescale推出了首款8位MC6800微处理器，之后便相继推出多种系列微控制器。 图1-1 MC9S12XS128内部功能示意图第2章 硬件电路设计2.1 功能设计基于目前社会对于智能化的迫切需求，家用汽车将来的发展趋势也将越来越趋向智能化，无人驾驶将会不再是梦想。根据系统需求，需要满足的设计要求如下：l 通过光电原理，在黑白分明的道路上，能够自动追踪黑线，并进行判断路径。l 能够自动识别直道，及弯道，并进行是否做加速度或者减速度的判断。l 根据机械性能，使其能够过最小曲率半径为50CM的弯道。l 在十

19、字交叉的黑线情况，能够智能识别路径。l 电池压降在7.8V时，能够稳定供电给电机，舵机以及微控制器。2.2 传感器系统所谓传感器，即是将被测量按照一定的物理或化学原理转换成某种规定的输出信号的装置或器件。通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件能够随着被测量的变化而引起某种易被测量的信号的变化，而转换元件则将敏感元件感受或相应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分，具体的电量形式取决于敏感元件的原理。除此之外，由于转换元件的输出信号一般都很微弱，为方便传输、转换、处理及显示，通常有信号调理转换电路、辅助电路等，将转换元件输出的电信号进行放大或运算调制。因此，传感器的组成通常包括敏感元件

20、、转换元件、信号调理转换电路和辅助电路，随着半导体器件与集成技术的发展，传感器的信号调理转换电路与敏感元件、转换元件等一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。2.2.1 光电式传感器光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电式传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换成相应的电量变化，从而实现非电量的测量。光电式传感器的核心（敏感元件）是光电器件，光电器件，光电器件的基础是光电效应。光电式传感器的结构简单，响应速度块，可靠性较高，能实现参数的非接触测量，因此广泛地应用于各种工业自动化仪表中。光电式传感器课用来测量光学两或测量已先行转换为光学

21、量的其他被测量，然后输出一定形式的电信号。在测量光学量时，光学器件是作为敏感元件使用；而测量其他物理量时，它是作为转换元件使用。光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测量信号对光亮的控制和调制，电路部分完成从光信号到电信号的转换。见下图 图2-1 环境监测示意图常用的光电转换元件有真空光电管、充气光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管及光电三极管等，它们的作用是检测照射在其上的光通量。选用何种形式的光电转换元件取决于被测参数所需的灵敏度、响应的速度、光源的特性及测量环境和条件等。2.2.2 光电式传感器的选择光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探测率

22、和温度特性来描述。其中，伏安特性、光照特性和光谱特性是选择光电器件的主要指标。针对以上因素，我起初选用了台湾亿光PT334-6B（接收管）以及IR333-A的发射管。PT334-6B接收管的敏感波长峰值达980nm，有小波长范围在840-1200nm之间，导通电流为2.0mA20mA,击穿特性:Bvceo30V Bveco5V,饱和特性：Vce(sat)0.4V，上升/下降时间：15us，暗电流：100nA(远远小于有光照的条件下的电流)。而IR333-A的导通电压为1.2V1.5V之间。为了使对地接收黑色引导线的效果更为明显，我还是用了LM324运算放大器，使信号放大后给MCU处理。效果更优

23、。针对寻迹检测路径这一特殊的前提，主要两种方案，一种是光电式的，一种是摄像头式的，使用摄像头式的检测方案不仅能够得到丰富的路径信息，而且可实现远距离的前瞻，对车模重量及稳定性的影响也很小。是否光电方案就真的不可得到连续的、前瞻性好的信息呢？答案不是绝对的。为了拥有更好的前瞻性，我大胆的采用了激光检测这一新型的方法。利用激光检测的方法，可以通过收发激光信号达到更远的距离，加上透镜的接收管甚至可以接收到直径1米以外的距离。接收发射原理见下图 图2-2激光发射电路 图2-3激光接收电路该电路中，R5、R8为限流电阻，R6用于分压（可去除），三极管Q2当做开关来使用，J4是一个激光调制管，经过测试，输

24、出一个190KHZ左右的频率信号（另外，因为产品的批号不齐，有些输出的频率仅为170KHZ）。激光接收部分，我使用了一种非常方便的接收管，它的输出只有1和0两种状态，当照射在黑线上时，接收管打开，输出高电平，反之，则输出低电平。因为系统的使用环境比较偏向于二值化，因此，使用起来也更为简便。但是也有一定的弊端，当遇到污渍等外部环境干扰时，容易出错，这时，需要进行软件清除。另外，由于激光管的略微差异，可能接收信号时会因为环境光影响，而接收不到，因此接一个500欧的电位器进行条件。由于激光管的功率比较小，其实理论上可以接一个更小值的电位器，使之精度更高。C1为旁路电容，主要起滤波作用。R3和D1构成

25、了一个可视化的测试界面，在画PCB图时，我将每个接收管电路中加入了一个LED，这样大大的简化了调试的工作。2.3 电机驱动模块在小车的制作中，对电机驱动电流的要求较高，电机驱动电路必不可少。功率管的选择由电机的功率决定，PWM信号的占空比决定电机的转速，故电机的调速可通过改变PWM信号的占空比实现。在我的设计当中，为了达到一个很好的过弯效果，需要在直线以高速运行，在过弯时的动作时急刹，减速之后过弯。因此，电机的反转就由为重要。为此，需要设计一个全桥驱动电路。我第一次的设计中，是使用了一种比较简便的电路，采用了飞思卡尔的MC3886芯片做全桥驱动，其内部建构由一组MOS管构成，见下图。图2-4

26、MC33886内部结构V+为电源电压（此处使用电池供电），IN1和IN2分别为MC33886的PWM信号输入端口。MC33886的输出端口OUT1和OUT2分别接驱动电机的两端。D1和/D2为芯片的使能端。图2-5 MC33886并联电路但经过反复测试和使用之后，发现效果并不十分理想。首先是导线的分布需要均匀的到达芯片的两端，不可一端过长、一端过短，否则将会出现芯片冷热不均匀的状态。达不到最好的驱动效果。其次，由于MC33886毕竟是集成芯片，将一个全桥集成在单个芯片中，当负载过大时，拉力明显不够。于是我进行了第二次的改进。我的第二次改进参考使用了P沟道的MOS管和N沟道的MOS管搭建全桥。见

27、下图。图2-6 mc33886+H桥电路P管IRF4905最大74A，N管IRF3205最大110A，所以电路理论上最大电流能达到74A，并且这两款MOS管的内阻都很小，开启电压也足够低，因此效果较好。在这里，33886只起到MOS管的栅极驱动作用，所以同时也解决了发热问题。R1,R2电阻上拉使能。当OUT1PWM信号时，当为高电平时，Q2导通，VCC经过Q2流向MOTOR的2号接口，然后从回路流向Q3，因为OUT2口是低电平，所以N沟道增强型MOS管此时处于工作状态，电流导通至地。当OUT2口输出时，原理相同。2.4 供电模块2.4.1 稳压芯片的选择在整个系统的设计中，因为电池电压是7.8

28、V，而微控制器、激光收发电路以及舵机控制电路所使用的均是5V电压，如果能够给予系统稳定的电压，是一个不容忽视的问题。电压调节器件使用最多的是线性稳压器件（如78XX系列的三端稳压器件）虽然这种线性稳压器具有输出电压恒定或可调、稳压精度高的优点，但足由于其线性调整工作方式在工作中会造成较大的“热损失”(其值为V压降I负荷)，导致其电源利用率不高、工作效率低下，不易达到便携式设备对低功耗的要求。于线性稳压器件相比，开关电源调节器以完全导通与截止时间，有效的介绍工作中的“热损失”，保证了较高的电源利用率。开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的糕饼干扰具有较强的抑制只用。同时由于其低

29、功耗特点，在进行电路板设计时，可以减少散热片的体积和PCB板的面积，有时甚至不需要加装散热片，方便了电路设计与使用，但是由于其工作降压要求在1.0V以上，却限制了该类型开关电源在某些便携式移动设备上的使用。针对线性稳压电源与开关电源存在较高工作降压的问题使得这两类电源调节期间不易广泛应用于便携式移动设备中，我采用了一种低压差线性电源芯片TPS76850来作为智能车的电源调节器件。TPS76850具有输入电压范围大，过热，过流及电压反接保护，输出电流为150mA时压差小于0.1V等特点，特别是党其输出电流为100mA时，压差仅为0.035V，TPS76850能够保证电池电压在+7V- +5.1V

30、范围内变化时，输出稳定的5V电压，显著的提高了电源的利用效率。2.4.2 TPS768XX系列概述TPS768XX是美国TI公司生产的微功耗，低压差电源管理芯片，它具有节电关断模式与输出电压监控功能，极低的静态电流且不随负载变化；集成延时微处理器复位功能保证系统的正常工作；具有完善的保护电路，包括过热、过流及电压反接保护。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。TPS768XX系列的开关稳压集成电路的主要特性如下：l 有2.5V、3V、3.3V、4.85V与5V这几种固定输出型器件；l 集成的精密电源电压监控器，可对稳压器的输出电压进行监控；l 低电平有效的复位信号，脉冲宽度为200

31、MS;l 极低压差为100mA时，最大值为35mV;l 低静态电流与负载无关，典型值为340uA;l 极低的休眠状态电流最大值为0.5uA;l 在整个负载，电源与温度范围内，固定输出型器件的容积为2%；l 输出电流范围为:0mA500mA；l 在要求严格的应用中，TSSOP封装课降低元件的高度。TPS768XX内部框图如下：图2-7 TPS768XX内部结构图由于TPS768XX系列产品采用了PMOS工艺，保证了该器件在全负载范围内极低的工作电流，甚至在稳压器下降时也能保证其低静态电流不变的特点。TPS768XX的内部比较器监控稳压器的输出电压，以此来检测欠压情况。正因为改电路监控着稳压器的输

32、出电压，RESET输出端也可以通过禁止稳压器或者通过任何导致输出电压下降到低于Vn的故障条件来处罚。这些故障情形包括，输出端的短路活输入电压低。一旦输出电压被重新配置，无论是通过重新使能稳压器还是通过排除故障条件，内部定时器都会被启动，这样就会被RESET信号在200ms（典型值）的超时周期内处于有效状态，将该RESET引脚接至微处理器的复位端，课在微型新计算机与微处理器系统中启动一次复位操作，实现电源电压的复位。使用该复位操作，不仅能够保证系统的稳定与可靠工作，而且减少外部复位电路的设计。在对输出噪声有严格要求的应用场合，选用了TPS768XX是最佳选择。2.4.3 性能比较为了能够更好的说

33、明TPS768XX在实际使用的优点，我比较了相同温度、相同输出电压条件按下7805，LM2576，TPS76850的性能。表2-1 稳压电源芯片比较7805LM2576TPS7350最小压降1.7V 1.0V0.035V最小静态工作电流6mA5mA340uA输出噪音40uV与滤波元件有关2uV使用外围元件个数342输出电容的容量中高低成本低高中通过表中可以看出，在相同的输出条件下，TPS76850具有更低的工作压降和最小的静态工作电流，也就体现了其低功耗的优点。在智能车控制系统中，由于系统电源为电池供电，自然TPS76850也就成为了电源调节器件的首选。实用TPS76850作为系统的电源管理的

34、芯片具有相当突出的优点。首先TPS76850只需要很少的外围器件即可以达到应用系统的要求，实现稳定的电压输出。实用该芯片的典型电路如下图。由于“热损失”小，在设计中基本可以不考虑电源芯片的散热问题，为电路的设计带来了方便。图2-8 768XX典型电路2.5 车模机械调整与安装为了完成智能车的模型，我需要一辆遥控玩具车进行改装，为此，我选用了广东东莞生产的一部越野模型车作为我的智能车主体。车身总长21CM，后轮中心轴15CM，前后轮均具有避震器。为了达到我想要的要求，我进行了一定的改装。首先，我去除了对我来说没有用处的尾翼以及一些重要零件的固定器件。在我的设想中，为了达到能使检测模块尽可能的探测

35、到前方，我用许多H型的铝合金材料做了一些可调节的支架，在达到我想要的角度后，进行了固定。光电部分的检测我采用了W型双列矩阵。尽可能将激光管调节到我想要的照射角度，这样，在一些曲率情况下，我能够判断出需要的舵机转角值。具体激光管的每一个对地距离及角度，将在数学建模部分阐述。为了使我的电路在反复使用中，不断找到更好的方案，我将每一个电路均独立化，这样不仅能够便于更换，更有利于安装。我的各个模块的安装可以称得上见缝插针，分别安装在车体的各个部分。下图是我的作品实物图。在实际测试了车的转角后，我发现由于右轮的机械性质，当转角向一个方向发生变化，再像另一个地方偏转，就会发生转向不足的问题，对此，我有针对

36、性的调短了右轮的联动杆，这样舵机拉动右轮时，转向就更为灵敏。第3章软件设计3.1 数据分析并建立模型因为只使用了16个发射管及16个接收管，因此在采集数据时，能够采集到的信息相当有限。以下的数据均在此硬件基础上测量得到。在电路的实际设计中，我希望得到的是上排等间距，下排也均等间距排列的激光接收发射，但在实际安装时，由于性能差异，发现实现起来相当困难，因此只能做到大致相等。这对我之后的建模产生了相当大的影响。下图为我的检测电路PCB板布局。图2-8 激光检测电路从左第1排开始的一组电路分别为A B C D E F,从左第2排的一组电路分别为G H I J K，一下为测量数据。另外，为了使单片机的

37、工作效率更快，我进行了超频处理，由于超频后的锁相环时钟作为了总线时钟，因此PWM脉宽需要进行匹配处理。3.1.1 基本数据测量使用手册中说明，当PWM输出脉宽为1ms时，左转打死，当为2ms时，右打死，1.5ms时，居中。实际测试情况与理论资料差距不大。在锁相环超频之后,角度与实际转角建立以下数学公式，Y为实际转角，X为对应PWM高电平值。PWM一个周期为20000。表3-1 数学建模公式（X-36）*55/2=Y中心到各点各点垂直车前沿距离偏移中心水平距离角度对应舵机值A34.5cm11.4cm71.7982B29cm7.3cm761100C34.3cm6cm80.11213D29.9cm3

38、.6cm83.131296E36.4cm1.7cm80.11213F29.9cm0cm901485G34.1cm2.3cm93.91591H29.9cm5cm99.51746I34.5cm7.7cm102.61831J29.9cm6.9cm1031842K34cm12.7cm110.520483.1.2 情况分析一、两灯同时被接收情况分析因为黑色引导线长2.5cm,而上下2个相邻灯的实际距离不足2.5CM，并且在实际过弯道时，也会发生2个灯同时检测到的情况。因此，还要将2灯同灭的情况考虑进去。此时会出现两种情况，同时理论上可以排除相邻的左右两激光管同时接收到信号（车的倾向情况不足以出现该种情况

39、）1）当上下相邻2个激光接收管同时检测到是黑色寻迹线，如A、H接管管同时接受到，可判定此时的斜率为A、H点至车前轴中心点角度的中间值。2）当出现如B、H激光接收管同时检测到黑色寻迹线时，需要进行特殊处理，第一种情况是车身自倾斜，假设忽略该种情况，车反偏，当进入下一次检测，车仍进行常态角度的工作状态。第一种情况是由于速度过快，当直道变弯道时，舵机还未开始转向，此时车借助该种情况，车依然保持逆转向情况不变。记录一般情况数据如下：表 3-2 接收管可能发生的点重合角度两个接收管同时接收情况两点间中心对应角度对应舵机值（正向接收情况）E、F86.571391E、G91.931538C、D81.1512

40、51H、I101.051789A、B79.511196J、K106.241932当出现第二种情况时，已经证明应该反向偏转，可是舵机值给多少合适呢？为此，我建立了一个几何模型。如下图。图3-1 角度偏移示意图方法：建立直角坐标系，将车轴中心点0作为绝对中心点，同时做直线垂直于车前轴，将A点以等距离作抽对称点A，B点同理B，得到角AO与垂线的角度与BO与垂线的角度，取中值便可得到理论逆向角度值。数据见下表。表3-2 两点间的距离与占空比关系两接收管前点距离0点后点距离0点两点间水平偏差作轴对称平行线对应角度舵机占空比E、D36.4330.11.9cm94.771616C、B34.8229.91cm

41、101.951814G、H34.230.32.7cm83.321301A、B35.430.70.8cm77.21133二、调整参数实际测试表明，由于车在前进的过程中，舵机的响应速度有限，因此，需要加权处理。越是靠外的激光接收管，对应的舵机值应线性增大，从而解决前瞻与舵机转向的匹配问题。譬如：中心接收管参数保持不变，而最左边2个舵机值全部调整至最小值800。表3-3各种数据接收情况处理接收管接收情况理论舵机值实际加权后舵机值A982800B1100800C1213900D12961200E14121350F14851480G15911600H17461750I18312000J18422190K

42、20482190E、F13911400E、G15381610C、D12511200H、I17892190A、B1932800J、K16162190E、D18141400C、B13011650G、H13011300A、B113312503.2 PLL锁相环由于芯片内部自带锁相环功能，因此，用户可以很方便的进行一些设置，对其进行超频处理。根据测试结果，该电路中，单片机可超频至40M。代码如下：该代码功能用于将总线时钟16M的单片机超频至40M3.3 策略情况分析将之前得到的所有数据作为我的核心数据(这在之后的实际分析中非常有用)，现在我需要考虑的就是如何让小车能够能顺畅的在有条件的跑道上跑动。首先

43、，由于电池的电量始终是一个变化的值，并且，我的设计中没有将闭环控制考虑进去，因此，我首先要做的是必须将电池电压保持在7.6-7.8V之间，否则接下来的分析将没有任何意义。在未进行错误忽略处理时，车会因为一些环境情况，造成不必要的问题，这些问题是在经验的积累与反复的总结下才逐一排除的。首先，值得一提的是，我讲每一次的接收状态都赋给了前一次进行保留，一共保留3个值，前一次，当前，以及未来态。代码如下：图3-2 部分处理代码3.3.1直道判断在安装激光管时，我刻意将E、F、G的距离调整的相当近，因此，我可以默认当3个单个被接收到或者出现2个同时接收到，并且上一次接收到的状态也只是这5种情况之一的话，

44、则判断这是直道，进入全速开启模式。3.3.2 弯道判断方法与直道判断大致雷同，只是需要将判断条件更改即可。同时，根据过弯大小情况，给予低速过弯。并且，为了防止直道进入弯道后，速度过快，而丢失赛道信息，我进行了真车的仿真开车处理。一般，开车的人在需要过狭窄的小弯时，都会将方向盘朝反方向稍打一下，让车友更大的曲率半径去过这样的小弯，这点在我的系统中也是一样处理。例如： if(Before_Status=0x10|Before_Status=0x20|Before_Status=0x40) /判断是否为直道转弯道 &(Future_Status=0x4|Future_Status=0x8|Futur

45、e_Status=0xc |Future_Status=0x80|Future_Status=0x100|Future_Status=0x180) SetPWM23(400,30); for(i=0;i0x7f;i+) /for(i=0;i0xf;i+); trunangle(1350); SetPWM23(400,87); else for(i=0;i0x7f;i+) trunangle(1412); SetPWM23(400,130); 3.3.3 特殊情况分析特殊情况包括了当丢失赛道信息时的处理以及识别识字交叉路线这两点。这点，就用到了上一次状态这样一个很有用的变量，每当数据丢失时，我就

46、让车保持前一次的动作状态，这样即使是出现了采样失败，车还是会沿着前一次的状态自己找回路径。同样的，因为我将可能出现情况全部分析完成，因此，出现了有非正常情况采样，我就进行忽略处理。在遇到横线的黑线时，系统自动忽略该种状态。具体情况可见附上的代码。第4章 总 结目前，传感器技术，电机驱动，单片机控制，激光检测，微电等都是时下非常新颖的学科，其中一些因其独特的性能而在各相关领域得到广泛应用的背景下，对智能车的研究及其控制器的设计和制作正方兴未艾。本文设计的基于光电式传感器的寻迹小车，针对寻迹小车的特点及其控制机理，应用Freescale公司的MC9S12XS128芯片、MC33886电机驱动芯片、

47、TPS76850稳压芯片构成，实现了对小车的智能化控制。其具有处理简单、智能化分析，及可靠性高、驱动性能良好等优点。本系统中使用MC9S12XS128产生的CLK脉冲控制电机的转速及PWM波控制流经电机的电流，以及舵机的转角控制，结合检测电路的采样、分析，共同实现对寻迹小车的控制。系统采用了LED作为人机交互的窗口，通过LED灯的亮暗的信息，我们可以很容易的知道当前检测的运行状态，同时，它还可以为硬件的调试提供方便。因个人能力有限，故本项目存在疏漏和错误在所难免，恳请各位老师不吝指教。参考文献:1卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能车.北京:北京航空航天大学出版社,2007.2周斌,李立国,黄开胜.

48、智能车光电床干起布局对路径识别的影响研究.电子产品世界,2006,5:139140.3邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法。北京:清华大学出版社,2004.4黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:北京航空航天大学出版社,2007.5王煜东.传感器及应用，北京:机械工业出版社,2003.6王煜东.传感器应用技术，西安:西安电子科技大学出版社,2006.7 闫胜利,袁芳革,冷小兵.Altium Designer 6.x中文版实用教程原理图与PCB设计M.北京:电子工业出版社,2007.8 蒋永平,徐杜,杜卫权,王洪志.一种基于PWM细分的高压、大功率步进电机驱动系统J.微特电机,1998年第6期.9MOS门双极晶体管，富士时报.10李健,飞思卡尔智能车专栏，基于激光扫描原理的路径检测方案,2009年. - 23 -