循迹智能车设计论文

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1、东北电力大学控制技术创新大赛之循迹智能车竞速赛设计论文【侯思泽潘巧波朱野】摘要本文设计的智能车系统以8051微控制器为核心控制单元，通过红外对管检测赛道信息，提取赛道两边黑色引导线，用于赛道识别；使用PID控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对智能车运动速度和运动方向的闭环控制。文章将从机械结构设计，硬件电路设计，软件算法设计以及调试经验等四个方而全面介绍智能车的制作及调试过程。1智能车基本概况11.1木组智能车基木概况11.2系统总体结构11.3总结22硕件设计方案22」单片机控制系统22.2电源模块52.3

2、循迹模块52.4电机驱动模块62.5舵机接口模块72.6总结73智能车的软件设计73.1循迹设计83.2舵机设计83.3总结94结语91智能车基本概况1.1本组智能车基本概况根据竞赛规则及功能要求，木智能车以8051为核心控制器，以红外对管为采集传感器，在提供的统一•车模平台上，构建完整智能车系统。智能车通过红外对管采集道路图像信息送入单片机，在单片机屮对输入的信息进行处理，捉取出赛道的特征信息，据此选择最优行进路线并进行速度的控制。整个系统设计包括车休机械结构设计和软/硬件系统设计。车体机械结构设计主要包括前后轮的调节、P

3、CB板的布局、车身底盘的改装、舵机的安装等；硬件电路设计部分主要包括：1）用TPS7350和TPS79333作为核心芯片的稳压电路，可为系统的各功能模块提供了稳定、可靠的工作电源，为智能车的稳定工作提供了有力的保证；2）采用红外对管对赛道进行检测，获得黑线位置。3）用lm298n搭建的电机驱动电路，驱动电机稳定快速的运行；4）软件系统设计完成了各功能模块的算法及程序设计，包括图像采集算法设计、搜索黑线算法及赛道屮心求解算法设计以及舵机和电机的PID算法设计。木系统利用开发工具keilc51进行编程开发，进行程序下载。这些工具

4、的使用，使得软件的设计编程和调试工作得到了保证。所设计的系统经过测试，使得赛车能够快速稳定地行驶。根据大赛的统一要求，须在统一提供的车模平台上，自主选择传感器类型，设计系统硬件电路，开发软件算法。本系统主要包括三个大部分，分别为车模的机械结构、駛件电路系统、软件算法。每一个部分又由各个小模块构成。所以要构建一个完整的智能车系统，必须先对各个模块进行论证和设计，再将整个系统组合成一个完整系统，进行系统整体的调试。1.2系统总体结构智能车主要由三个部分组成：检测系统，控制决策系统，动力系统。其中检测系统采用红外对管，控制决策系统

5、用8051作为主控芯片，动力系统主要控制舵机的转角和直流电机的转速。整体的流程为，通过红外对管来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单片机。根据所取得的赛道信息和车体当丽的速度信息，由主控单片机做出决策,并通过PWM信号控制直流电机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制和速度控制。赛车的硬件电路主要冇七个部分组成：8051芯片及其外围电路，电源管理模块，图像采样处理模块，电机驱动电路，舵机驱动模块。（1）8051芯片及其外围电路是系统的核心部分，负责接收赛道图像数据反馈信息,并对这些信息进行恰当的处理，形成合适的控制量

6、来对舵机与驱动电机模块进行控制。（2）电源管理模块给整个系统供电，保障系统安全稳定运行。（3）图像采样处理模块采用红外对管，用于获得前方道路情况以供单片机处理，是智能车的“视觉系统”。（5）电机驱动电路采用lm298n驱动并联搭建全桥，可以实现电机的转动。（6）舵机驱动模块控制舵机的转向。1.3总结本章主要介绍了智能车控制系统的工作原理和赛车整体结构设计框图。硬件、软件和机械部分的有效融合是赛车能否跑出好成绩的关键因素。根据系统的需求简要给出了系统的总体设计方案，并具体将整个系统划分成传感系统、控制决策系统和动力系统，并对系

7、统的总体框架作了一个简单的介绍。只有在把握整体Z后，才能进行细节的处理。2硬件设计方案从最初进行硬件电路设计吋我们就既定了系统的设计口标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程屮严格按照规范进行。可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所冇环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。高效是指本系统的性能要足够强劲。简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低智能车的重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小

8、电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。2.1单片机控制系统智能车控制系统电路由三部分组成：以8051为核心的最小系统板、主板、红外对管、驱动模块。我们把单片机最小系