论文小型智能车自动驾驶系统设计是关于智能车方面的论文题目、论文提纲、智能汽车论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
摘 要：基于单片机控制及传感器技术,实现小型汽车可自动寻迹行驶的功能,并且能够利用光电传感器检测道路上的障碍,利用两个电机的差动调节,控制电动小汽车的自动避障、寻光及自动停车等过程.并对整个控制软件进行设计以及调试,最终完成软件和硬件的融合,实现小型智能车自动驾驶的预期功能.
关键词：循迹避障；单片机；自动驾驶
中图分类号：U463.3文献标识码：A文章编号：2095-7394（2015）02-0023-04
0 引言
无人自动驾驶车辆作为一种高效、安全、灵活的交通车辆,促进了交通行业的大力发展.实际研究证明,将人放在路-车系统之外,可以相对降低事故率.[1]近年来车辆无人驾驶作为智能交通的重要组成部分,已逐渐成为研究的热点.无人驾驶技术中,智能小车发展快,应用广,从儿童玩具可推广到汽车工业.目前,智能小车已基本可实现循迹避障等功能,现今大学生智能车设计大赛又在向声控系统发展.本课题主要实现了小车的循迹避障自动驾驶功能.
1 小型智能车自动驾驶原理
1.1 小车自动避障的原理
红外线发射管、PSD和相应的计算电路构成了功能强大使用广泛的GP2D12红外线传感器,位置敏感检测装置能够检测到光子在其上运动产生的微量移动,微米级的分辨率使得测量更精确.利用这一特性,几何原理测距可由GP2D12传感器轻松实现[2].光束由发射管发出,遇到障碍物再反射到PSD上,如图1所示,两条光线和地面构成了等腰三角形,三角形的底边长度可由PSD测得,而两个底角的值由发射管确定,可由此推算出高,也就是和障碍物的距离[3].
1.2 小车循迹原理
用红外探测法循迹指的是小车在白色地面上跟随黑线行走,由于黑线和白色地面对光线的反射程度不一样,可以根据接收到的反射光的强弱来寻找路线.
红外探测法：路面信息的检测是由光电传感器发射管发射出一定波长的红外线,在地面反射后回到接收管.由于黑白两色对光线的反射程度不同,黑线吸收了大部分光线,而白色赛道反射了大部分光线,使得接收到的反射光线的强度存在差异,从而导致接收端特性曲线的变化程度不同,可近似认为接收管两端的输出阻值不等,分压后的电压也不等,由此黑线白地便可区分开来[4].
1.3 测速原理
由于霍尔元件在磁场附近时能够感应出高电平,稍偏离时感应强度较弱,可以通过霍尔元件的这一特性来实现测速[5].霍尔元件感应磁铁产生脉冲信号,将4个小磁铁均匀放置于每个车轮之下,由此计算每秒钟感应磁铁产生的脉冲数,再计算出每秒钟小车轮子转动的转数,再乘以小车车轮总的周长,推算出小车当前运行速度,经过累加运算得到当前路程.
2 系统硬件电路设计
2.1 系统总体设计图
2.2 主控模块
由于智能小车的要求不是很高,Atmel公司的AT89C52单片机可作为控制核心.AT89C52的性价比高,耗能低,其主要的性能参数为：兼容标准的MCS-51指令系统、8字节可重擦写闪存只读程序存储器、256X8字节随机存取数据储存器、可编程串行UART通道、时钟频率0Hz～24MH、3个16位定时/计数器、8个中断源、32个可编程I/0口线[6].
2.3 避障传感器模块
采用3只GP2D12红外线传感器分别探测正前方,前右侧,前左侧障碍物信息,该传感器的平均有效探测距离在10～80 cm范围内可调,可以有效地抵抗干扰光,能够在日光下正常运行（试验过程中应该尽量避免日光或者较强的光源直接照射在传感器上）.小车经过调速后的制动距离应该控制在30 cm以内,一般维持在10～20 cm,所以探测距离该根据设计小车的需求来设定.
2.4 循迹传感器模块
为了实现循迹传感,我们选择反射型光电探测器RPR220.它是一种有着一体化优点的光电探测器.RPR220的发射器部分是一个GaAs红外发光二极管,而其接收器的构成中使用了一个灵敏度较高的硅光敏三极管.RPR220采用DIP4封装,具有如下特点：反应灵敏、受离散光的干扰小、体积较小且结构紧凑一体化、可简化 电路设计,且性能较为稳定.
2.5 电机选择和驱动模块
电机的选择采用直流电机.直流减速电机可提供较大的转动力矩,安装方便,操作简单,质量轻、体积小,能够较好的满足系统的要求.
如图3所示,使用L298N芯片驱动电机.采用 T工艺稳定性高,采用高质量铝电解电容,使电路稳定工作.可以直接驱动两路3～35V直流电机,并提供了5V输出接口（输入最低只要6V）,可以给5V单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持3.3V MCU和ARM控制,可以方便的控制直流电机速度和方向,也可以控制2相步进电机,5线4相步进电机.用该芯片作为电机驱动,操作便捷,稳定性好,且工作性能较为突出.
驱动模块主要功能是使主控芯片来发出的信号并将该信号发送给L298N电机控制芯片,L298N电机控制芯片将使小车按照指令执行相应的动作.VDD引脚和VCC引脚作为L298N芯片电源引脚,电机的电源是VDD引脚接的+9V电源,芯片由接到VCC引脚上的+5V电源供能.
为了保证小车转向成功,让转向电机以最大功率输出以获得最大的扭矩,转向电机的输出功率不需再控制,所以ENA引脚（即转向电机使能引脚）直接接入+5V,即让转向电机一直使能.
对于后置的驱动电机,除了要控制其实现前进、后退和停止外,还需控制其转速以解决因电量不足而使小车速度变慢的问题.因此,可通过将L298N芯片的ENB引脚和AT89C52的P1.7引脚连接起来,以实现PWM调速.
L298N芯片的IN1和IN2引脚分别和AT89C52的P1.2和P1.3引脚连接用来接收主控芯片输出的动作指令,并通过端口OUT1和OUT2将指令转化为电机转向（正转或反转）的动作,至此实现了小车的横向控制.
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参考文献：
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