基于單片機(jī)智能循跡車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊洪強(qiáng)

摘要：這個(gè)系統(tǒng)以K60芯片為單片機(jī)核心，通過利用電感感應(yīng)電磁線經(jīng)過運(yùn)算放大電路放大電信號，可獲得高精準(zhǔn)高分辨率的數(shù)字信號，而單片機(jī)通過采集到的信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、濾波和放大，從而實(shí)現(xiàn)智能車的循跡動作。超聲波判斷前方有沒有障礙物的方法是通過超聲波發(fā)出和接收信號的差異來確定的，通過單片機(jī)的處理進(jìn)行避障。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);智能循跡車

1.引用

近幾年，隨著智能水平的提高，智能技術(shù)的快速發(fā)展，使用的地方越來越多。以快速發(fā)展的汽車電子應(yīng)用技術(shù)和智能化技術(shù)為指導(dǎo)的智能循跡車系統(tǒng)，包含了了理工科的多個(gè)學(xué)科。同時(shí)，現(xiàn)在智能機(jī)器人的技術(shù)更新?lián)Q代很快，可以說是一天一個(gè)樣，它在國防、農(nóng)業(yè)、采礦、鉆井等領(lǐng)域都有應(yīng)用。20世紀(jì)以來世界發(fā)展的很迅速，我國在這個(gè)發(fā)展的浪潮中，同樣也不落后甚至位于前列。比如京東的無人快遞車、我國的軍用無人機(jī)等，在國際上得到了一致的好評。我國自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會還舉辦了多屆全國大學(xué)生“恩智浦”杯智能汽車競賽，極大的提高了大學(xué)生對智能領(lǐng)域的興趣和對我國智能化發(fā)展有這巨大的推力。

智能循跡車，也就是輪式機(jī)器人，適合工作于一些人類無法工作的惡劣環(huán)境中，比如這些技術(shù)可以應(yīng)用于極地科研，外星探索，深海探索等領(lǐng)域。也可以用于解放勞動力提高生產(chǎn)效率，比如該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛汽車，智能生產(chǎn)線，智能倉庫，智能服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。在很危險(xiǎn)的地方給適合智能機(jī)器人，這是智能機(jī)器人的優(yōu)勢也是對人權(quán)的一種保護(hù)，例如中國的嫦娥系列月球探測器，取回了“月壤”供我們研究。在火星探索期間，美國的“勇氣”和“機(jī)會”都發(fā)現(xiàn)了證據(jù)表明火星著陸區(qū)附近有水。所有這些都為檢測人類的地球外生命做出了重要貢獻(xiàn)。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

智能車的整體結(jié)構(gòu)，包含機(jī)械部分設(shè)計(jì)、硬件電路部分設(shè)計(jì)、軟件算法編寫三個(gè)主要部分。這三個(gè)部分有相互聯(lián)系和影響。所以這三個(gè)部分相互間的設(shè)計(jì)成為重中之重，我本著智能車穩(wěn)定性的原則對三者之間進(jìn)行了多次的調(diào)試，最終達(dá)到了最佳狀態(tài)。機(jī)械部分設(shè)計(jì)關(guān)系著智能尋跡車能力的“大小”，是智能車的“身體”。硬件電路部分設(shè)計(jì)為智能車提供所必需的電源、傳感器及控制調(diào)試能力，是智能車的“大腦”和“器官”。軟件算法編寫最終實(shí)現(xiàn)對智能車機(jī)械和電路的控制，達(dá)到智能化。系統(tǒng)是以檢測電磁場信號為基礎(chǔ)，通過單片機(jī)處理信號實(shí)現(xiàn)對智能循跡車的控制，是智能車的“思維”。在這三部分的作用下，使智能循跡車進(jìn)行循跡、避障等一系列動作。系統(tǒng)電路部分需要包括K60單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動電路、電磁傳感器電路、超聲波傳感器模塊、速度控制電路、電源電路。綜上所述，

3.機(jī)械設(shè)計(jì)部分

一、車模底盤降低，以降低重心;二、舵機(jī)豎直放置，打角極限更大;三、.超聲波傳感器至于智能車前端的中間部位、有利于超聲波對障礙物的檢測。四、電感安于車頭位置，便于獲取前方賽道信息;五、電池用扎帶固定在后方，平衡重心;六、所有傳感線都縮短到合適長度，既方便了信號的傳遞，也使得智能車更加整潔美觀，使智能車不僅僅是一輛車模，更是成為一件“藝術(shù)品”;七、運(yùn)用 OLED 屏幕、組合按鍵進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

4.硬件電路設(shè)計(jì)部分

一、電源模塊：電源電壓轉(zhuǎn)換，穩(wěn)壓，濾波電路，電源管理模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行;二、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊：K60芯片及其外圍電路是系統(tǒng)的核心部分，是閉環(huán)控制中最重要的一環(huán)，負(fù)責(zé)處理傳感器、編碼器等反饋回來的信息，并對電機(jī)驅(qū)動電路和車輪進(jìn)行控制。程序下載調(diào)試接口進(jìn)行軟件程序的下載;三、電感傳感器模塊：電磁檢測電路采集電磁信息，配合圖像傳感器對賽道進(jìn)行分析;四、電機(jī)驅(qū)動模塊：采用MOS全橋驅(qū)動并聯(lián)搭建全橋，驅(qū)動電機(jī)完成智能汽車加減速控制和轉(zhuǎn)向控制;五、超聲波傳感器模塊：分析前方是否存在障礙物，反饋到K60芯片進(jìn)行避障;六、人機(jī)交互模塊：通過按鍵和OLED進(jìn)行少數(shù)參數(shù)的更改和參數(shù)的顯示，這樣更清楚和操作方便，大大的節(jié)約了時(shí)間用于其他研究;七、速度檢測電路：速度檢測電路采用逐飛光電編碼器，檢測電機(jī)光電碼盤脈沖頻率將智能車車輪的轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)，用于速度的閉環(huán)控制。

5.軟件編寫部分

一、利用LAR平臺進(jìn)行程序的編寫;二、我們在編寫程序的時(shí)候需要按照一定的步驟，首先我們點(diǎn)擊file再點(diǎn)擊new file，創(chuàng)建一個(gè)新的文件，后綴名設(shè)置為.c文件并且將其保存到我們的系統(tǒng)工程中。然后我們便可以在.c文件中輸入我們編寫的程序。當(dāng)編程完成之后，我們便可以點(diǎn)擊編譯按鈕進(jìn)行編譯，對我們的程序進(jìn)行檢查，當(dāng)沒有錯(cuò)誤沒有警告之后，需要我們在工程設(shè)置中勾選生成hex文件（該步驟也可以在第一步就進(jìn)行），再次編譯之后，就可以在系統(tǒng)工程文件夾中看到后綴名為. hex的文件，將此文件燒錄軟件燒錄，便可以將程序下載到單片機(jī);三、利用stc-isp-15xx-v6.85H軟件將程序錄入單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)智能循跡車的功能。智能車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖5-1如下所示。

6.結(jié)束語

硬件決定基礎(chǔ)。當(dāng)硬件電路能夠讓車穩(wěn)定跑起來。并且，電路能夠持續(xù)穩(wěn)定的使用時(shí)。我們要做的就是解決一些機(jī)械結(jié)構(gòu)的問題以及在調(diào)試代碼過程中電路是否依然能夠穩(wěn)定的使用。

軟件決定高度。當(dāng)我們的硬件電路與機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有任何問題時(shí)，我們的工作重點(diǎn)就應(yīng)該放到軟件的調(diào)試中。從基本的能跑，在到所有的元素能夠穩(wěn)定通過。此刻我們也需要不斷的提高小車的速度和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]YuanChangsheng，ZhouXuesong，MaYoujie，GaoZhiqiang，ZhouYongliang，Wang Chenglong.Improved Applicationof Third-Order LADRC.in Wind Power Inverter [J].Energies，2020，13（17）.

[2]HoyosVelascoFredyE.，HoyosVelascoCarlosI.，Candelo-Becerra John E.. DC-AC power inverter controlled analogically with zero hysteresis[J]. International Journal of Electrical and Computer Engineering （IJECE）， 2019，9（6）.

[3] 馬志德，杜世龍，周永帥，等.多功能智能小車的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分 析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（31）：156-157.

[4]高慶華，王潔，崔承毅，周曉丹，吳雅楠.適于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的智能小車模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018，21（01）：10-12+17.