南京工程学院车辆工程系本科毕业设计(论文)
随着计算机和机器人技术的发展，研制机器人大致经过三代的演变： 第一代是可编程的示教再现型机器人。目前已经普及化，它是依靠人们给予程序，能重复进行多种操作的系统。由于其不具有传感器的反馈信息，因此不能在作业过程中从外界不断获取信息，来改善其自身的行动品质，故其应用范围和精度受到限制。
第二代是具有一定感觉功能和自适应能力的离线编程机器人。此种机器人配备了简单的内、外部传感器，能对自身的实际位置、方向等进行测量，能通过“视觉”、“触觉”等传感能力对外部环境进行实际探测，从而由这些反馈信息在事先编好的算法和程序指导下对操作过程进行调整。它与这几年迅速发展起来的传感器、微机技术和仿生学、控制理论等有密切关系。
第三代机器人是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能机器人。这种机器人装有多种传感器，并能将多种传感器探测到的信息进行“融合”（多传感器的信息融合）并做出相应决策，自主完成某一项任务。它能有效地适应变化的环境，具有很强自适应能力，是具有自学习和自治（自主决策）功能的智能机器人。
目前机器人的研究正向着复杂、智能型、自主型发展。机器人与人类生活联系得越来越紧密。作为现代机器人中一个重要分支的移动式机器人是一个相当活跃的研究领域。
室外视觉移动机器人的研究开始于二十世纪七十年代末，主要集中在美国、欧洲和日本等少数发达国家。由于硬件运算速度的限制，今天的视觉移动机器人往往还要使用其它的传感器，如测距传感器。不过在所有的信息中，视觉是最主要的信息来源。由于移动机器人技术集中了计算机视觉、模式识别、多传感器融合、人工智能、通讯以及虚拟现实等多学科先进成果，以及它在军事、民用和科学研究等领域广泛的应用前景，引起各国政府和一些大公司的注意。在二十几年的时间里，先后发展了许多具有代表性的实验原型机器人。我国类似的研究开始于“八五”期间，在“九五”期间各方面性能得到了进一步的提高。
1.4 本文主要研究内容和章节安排
该课题是以Freesale16位单片机MC9Sl2DG128为核心控制器的CPU而设计的“基于红外传感器的智能小车硬件设计”。其主要任务是能够准确采集周围环境的信号并进行处理分析，从而做出正确的判断，根据智能小车相对于赛道的位置来控制电机及舵机，以便达到控制智能车的运行速度、运动方向等目的。
本课题主要完成了探测电路、核心控制模块、速度检测电路、电机驱动、舵机驱动等控制电路以及电源模块的设计。
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按照文章结构，全文共分为一下几章：
第一章绪论。本章详细介绍了该课题的研究背景，以及其使用的红外传感技术、智能控制技术的发展状况等。并大体描述了该课题所研究的意义及内容。
第二章描述了智能车控制器的组成。本章将智能车系统进行了分模块讲解，讲述了各模块的功能和特点以及软件流程图。
第三章就智能小车路径跟踪控制系统的硬件方面进行了设计，包括智能小车舵机驱动电路与电动机驱动电路的设计、速度检测电路、电源电路的设计、抗干扰设计。
第四章 总结与展望。本章结合当前的智能自动导向车的技术，对本文进行了总结并针对本次设计的不足之处提出了小车需要改进的方向和方法。
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第二章 智能小车控制器概述
2.1 智能小车控制器硬件电路总述
智能车系统以MC9S12DG128BB为核心，该系统单片机可靠性高，抗干扰能力强，工作频率最高达到25MHZ，从而保障了系统的实时性。为了使智能车能够快速行驶，单片机必须把路径的迅速判断、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向伺服电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。赛道示意图如图2.1所示。
图2.1 赛道示意图
智能车系统一般由电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、路径识别模块、单片机模块等组成。智能小车控制系统结构图如图2.2所示。智能车系统的特点如下:
1.电源管理模块。智能车系统根据各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V 2000mAh Ni—CD蓄电池进行电压调节。其中，单片机系统、路径识别的红外传感器和接收器电路、车速传感器电路需要5V电压，伺服电机工作电压范围4.8V到6V，直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni—CD蓄电池直接供电。
最常用的电源管理芯片是7805和7806。考虑到由驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，低压降的电压调节器如LM2940、LM2576等也被广泛的采用。
2.路径识别模块。路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方
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案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。在此我选用TCRT5000红外传感器方案。
3.直流电机驱动模块。直流电机的控制一般由单片机的PWM信号来完成，驱动芯片一般采用飞思卡尔半导体公司的半桥式驱动器MC33886。
4.在速度控制上，为了提高行驶特别是弯道行驶的稳定性，有些队伍还采用了自行制作的解码器来感知车速的变化，从而更有效地控制了速度。
电源管理模块 直流电机 舵机 MC9S12DG128BB 霍尔传感器 路径识别模块 红外传感器 图2.2 智能小车控制系统结构图
2.2 智能小车控制系统软件设计简述
在智能车控制系统中，软件系统主要有以下几个部分：路径识别算法、后轮驱动电机控制算法、转向舵机控制算法、速度检测等。单片机系统需要接收路径识别电路的信号、车速传感器的信号。系统中采用某种路径搜索算法进行寻线判断，进而控制转向伺服电机和直流驱动电机。程序算法流程图如图2.3所示。
控制策略的选择对于小车的行驶性能是非常重要的，控制小车的最终目的就是要使小车在平稳行驶的前提下，尽可能地以最快的速度和最短的路线行驶。在此我就不详述了。
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控制智能车方向 控制智能车速度 计算智能车位置 中断函数 测量智能车速度 获取A/D值 中断发生 系统初始化 中断初始化
图2.3 程序算法流程图
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