基于STM32的智能小车摄像头循迹系统
分类号编号
烟台大学
毕业论文（设计）
基于STM32的智能小车
摄像头循迹系统
Intelligent Car Tracking System
Based on STM 32 Camera
申请学位：工学学士
院系：光电信息科学技术学院
专业：电子信息工程
姓名：王坤
学号： 200813503229
指导老师：杨尚明（教授）
2012年5 月21 日
烟台大学EDA实验室
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统
姓名：王坤
导师：杨尚明（教授）
2012年5 月21 日
烟台大学EDA实验室
烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院
姓名王坤学号200813503229 毕业届别2012 专业电子信息工程
毕业论文（设计）
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统题目
指导教师杨尚明学历本科职称教授所学专业无线电技术
具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：
主要内容：设计一个抗干扰能力强的智能小车循迹系统。
基本要求：通过对本课程的设计，能够利用OV7670实现黑白线信息采集；并且能够达到一定的抗干扰效果；能够实现实时采集外界环境信息的效果。
主要参考资料：
[1]陈启军.嵌入式系统及其应用:基于Cortex-M3内核和STM32F103系列微控制器的系统设计与开发. [M].北京: 同济大学出版社,2008.
[2]谭浩强. C语言程序设计. [M].北京: 清华大学出版社,2010.
[3]曾星星. 基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计[J].湖北汽车工业学院学报, 2008(6): P76-80.
进度安排：
第一阶段：1～4周通过资料、网络、导师了解本设计所需要的知识、资料、相关软件及设计思路方案；
第二阶段：5～8周请教老师查阅资料按要求并由实际情况逐渐得出设计方案及方法；第三阶段：9～11周根据方案在老师的指导下完成相关的软硬件设计；
第四阶段：12～13周撰写论文（分初稿、定稿、审合、打印论文）；
第五阶段：14周进行优化调试达到目标并进行论文答辩。
指导教师（签字）：
年月日
院（系）意见：
教学院长（主任）（签字）：
年月日
备注：
[摘要]现在人们越来越喜欢安全、节能、环保、智能化和信息化的汽车了，在智能汽车新时代，无人驾驶技术，得到了飞越的发展，成为了智能车时代的新标志。智能小车不但逐步提高了车辆的控制水平和驾驶水平，而且也保障了车辆行驶的安全、畅通、高效特性。本文主要讨论了智能车系统的设计方案，并且对智能车自主行驶的决策以及控制，算法也进行了相应的研究。
本论文首先设计了智能车的硬件结构，硬件方面以Cortex-m3为控制核心，另外其他辅助模块包括：电源模块，图像传感模块，速度控制模块以及其他功能模块进行辅助，从而来完成智能车的硬件设计。由于智能车有一个比较复杂跑道，传统的控制算法在复杂跑道情况下已经无法解决智能车的控制参数的问题。因此本论文做了一些改进，本论文采用理论结合实际，我们采用了模糊PID控制算法来实现对智能车的控制，并进行了一定的实验。
在该系统中，由CMOS摄像头来实现路径识别，通过对小车的闭环控制，使小车能按照给定的黑色引导线平稳地循迹。该系统能够很好地满足智能车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，稳定误差小，调节相应时间比较快，具有较好的动态性能和良好的稳定性。
实验证明，所设计的智能车具有速度快，适应性强的特点。
[关键词]智能车；图像处理；比例积分微分
[Abstract]Now more and more like safety, energy conservation, environmental protection, intelligence and information of vehicles in the new era of smart cars, unmanned technology, has been flying over the development, became the new logo of the smart car era. The smart car has gradually increased the level of control and the standard of driving of the vehicle, but also to protect the safe and smooth traffic, efficient performance. The article focuses on the design of intelligent vehicle systems, and smart car independent driving the decision-making system and control algorithms were also studied. Thesis designs the mechanical hardware structure of the intelligent vehicle hardware to control the core Cortex-m3, other ancillary modules include: the power supply module, the image sensor module, the speed control module and other functional modules to carry out assisted, and thus to complete the smart hardware design of the car. Does not match the smart car a more complicated runway, control algorithms in the control parameters of the smart car has been unable to solve complex runway case. Therefore, this paper has to do improvements, the present theory with reality, we have adopted a fuzzy PID control algorithm to achieve control of the smart car, and carry out certain experiments.
In this system, the CMOS camera head path identification, closed-loop control of the car, car tracking smoothly in accordance with the black guide lines given. The system is able to meet the requirements of the intelligent vehicle path recognition performance and anti-jamming capability, small steady state error and adjust the response time is faster, has better dynamic performance and good stability.
The experiments show that the design of intelligent vehicle speed adaptability. [Keywords]Intelligent Car, Image Processing, PID Control
目录
目录 (3)
绪论 (1)
1 智能车系统总体介绍 (2)
1.1 整体设计概述 (2)
1.2 关于直流电机的简要介绍 (3)
1.3 CMOS图像传感器的特点 (3)
1.3.1 CMOS图像传感器的特性 (3)
1.4 OV7670的性能特点与工作方式 (4)
1.4.1 OV7670的性能和参数 (4)
1.4.2 OV7670的功能 (4)
1.5 OV7670的数字图像输出 (4)
1.5.1 OV7670的输出信号时序 (4)
2 方案论证 (6)
2.1 控制模块的介绍 (6)
2.2 车身车体的介绍 (6)
2.3 电机选择与驱动模块的介绍 (6)
2.4 路径识别的方案设计与论证 (7)
3 智能车系统硬件设计 (9)
3.1 智能车系统硬件设计总体结构 (9)
3.2 STM32最小系统的设计 (10)
3.2.1 方案总结 (10)
3.2.2 方案框图 (10)
3.3 电路设计与原理 (10)
3.3.1 直流电机应用 (10)
3.3.2 电源分配电路设计 (11)
3.3.3 H桥电机的驱动 (12)
4 智能车系统软件设计 (13)
4.1 控制算法的简要介绍 (13)
4.2 速度控制算法 (14)
4.3 图像采集 (18)
4.4 图像处理 (18)
4.5 动态阈值法介绍 (19)
5 系统的测试 (21)
5.1 系统测试的目的 (21)
5.2 系统测试的原则 (21)
5.3 系统测试的结果 (21)
5.4 测试结果误差分析 (21)
6 结论 (22)
6.1 工作总结 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
附录一：电路原理图 (25)
附录二：程序流程图 (26)
附录三：源程序部分代码 (27)
绪论
随着智能小车技术的不断提高和增强；智能化，安全化，环保性逐渐得到了人们的亲睐，在当今这个公路等级不断改善的情景下，特别是飞速发展的高速公路，人们对汽车的行驶速度有了更高的要求；同时，在人们的物质生活水平和消费水平不断飞速提高的情况下，汽车的数量也随之逐渐快速的增加，车流量越来越大，汽车碰撞的发生几率也越来越大，，然而这些情况，在智能车出现以后，在很大情况下大大减少了因驾驶疏忽而造成交通事故的可能，也使得交通更加畅通，从而很大程度上保证了车辆行驶的安全，同时也保证了其他的人的人身和财产安全，因此发展智能小车是很重要的。
现在，国际上很多的研究机构已经开始关注智能交通系统(ITS)方面的研究工作了，并且也取得了很大的成果，已经研发出了一些智能化的原型车辆，并且进行了相应的测试。然而这种智能化原型车研发，其整个过程得益于一些交叉学科的相关领域知识，如机器人技术、人工智能、自动控制、电子通讯、信号处理技术等，从中得到许多新观点，新方法。从近来几年的发展来看，汽车电子的迅猛发展必将逐步满足人们对节能、安全、环保以及信息化和智能化的需求。[1]
现在的智能控制在很多工厂和车间都有很大的应用舞台；人性化，智能化是下一代智能控制的研究方向，目前，我国的研究广度和深度还是不够大，在很多领域几乎是零，需要我们进一步的加深对智能控制的研究，比如汽车电子控制，航天控制，轮船控制等等，在芯片性能上，国内的研究和开发也是欠缺的，芯片的稳定性在很大程度上限制了很多领域的进展，大多都是被国外垄断，这些都是需要我们来面对和改进的地方，也正是发展的重点。
此外，智能汽车在高速公路，山地，野外，现代物流业，现在制造系统及柔性制造系统中都有广泛运用，该研究已成为人工智能领域的一个非常重要的热点之一。
本文所研究的智能车是一个比较好的智能模型，通过摄像头循迹来获得路面的信息，通过处理后从而来引导小车的运行，达到一定的智能化。
1 智能车系统总体介绍
1.1 整体设计概述
本论文所设计的智能车，能够实现在一个闭环的跑道上完成自主循线运行的功能，跑道表面通过白纸来覆盖，其中心有30mm宽度左右的连续黑线，作为小车运行的引导线。同时也作为识别道路状况的标志、该论文的整体智能车可以看作是一个自动控制的系统。图1.1为系统模型框图。
路径
识别MCU
转向控制
信号输出
速度控制
信号输出
舵
机
电
机
小
车
速度反馈
实时位置
图1.1 系统模型框图
该系统通过面阵CMOS摄像头来实现路径识别功能，将CMOS摄像头采集过来的视频信号二值化后送入微处理器进行处理，根据路面信息来决定智能小车的行驶方向；而车速控制采用的是PID算法。另外，在软件设计中，本课题采用实时采集路况信息方法和实时控制智能小车的速度，最终达到实现整个系统的闭环控制，使小车可以自主的按照路面信息快速行驶。
智能车首先将路面上的白纸黑线信息进行检测，再将该智能车的姿态信息一起送给控制器STM32，控制器STM32将采集过来的路面黑线信息和智能小车的行驶信息的数据进行相应的处理、分析、决策、最终分别得出对电机的控制量和对智能小车的控制量，并对驱动电机的转速和转向加以控制，另外，通过速度检测单元，将电机转速(即智能车的速度)及时的反馈给控制器STM32，从而实现对智能小车的合理控制，即达到实时性也达到对精度的控制。[2]
为了实现上述对智能车的控制，智能车必须具备以下主要功能模块：
一般的智能车要必备如下功能模块才能达到对智能小车控制的目的和效果，使小车稳定的行驶。
首先要实现对路面信息采集和实时监测，并且要达到一定的抗干扰能力，从而给控制器STM32提供一个很好的决策依据。
要达到一定的实时性，首先控制器的处理速度要快，只有控制器的处理速度达到一定的速度了，才能相应的使小车的行驶速度快，实现一个稳定的实时系统。
再次，该智能小车需要一个稳定的电量来源，给行驶的小车一个可靠的能量储备，来驱动小车电机模块和该智能小车的控制器等模块的能量利用。
另外，要实现对该智能小车的控制达到闭环控制的效果，要有对该智能小车的速度有一定的控制，这就需要测速模块来提供一个速度反馈回来的信息给处理器STM32。
还有就是电源管理部分，对于该智能小车中的不同的模块，需要不同级别的电压情况，需要采取一些措施来合理的分配电源的电压，供给不同的应用模块，是小车正常的行驶。
为了调试的方便还要有人机交互模块。
1.2 关于直流电机的简要介绍
直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转，受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
直流电机的分类：按结果主要分为直流电动机和直流发电机按类型主要分为直流有刷电机和直流无刷电机，励磁方式的直流电机是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。
该实验课题，我用的是单级直流电机。是一种电枢导电部分始终工作于单一极性磁场中的直流电机。它是一种低压大电流无换向器的直流电机。图[单极直流电机原理示意]示一台圆筒形电枢单极直流电机的原理结构。当两个环形励磁线圈通直流电时，电机气隙的整个圆周上将产生单一极性的磁场。当转轴带动圆筒形铜质电枢旋转时，枢轴向两端即感生电动势，其方向是固定不变的。此电动势由电刷从电枢两端引出。单极直流电机电压低，电流大。电压只有几伏或十几伏，而电流可达几百安，几千安，甚至上万安。因此电刷的接触损耗和发热相当大，磨损也快。实用上应尽可能加多并联电刷的数目,采用接触电压降小的铜-石墨电刷，或用导电和导热更好的液态金属，如水银或钠钾合金等做电刷。要提高单极直流电机电压，就必须提高气隙磁通密度和转速。转速受旋转体机械强度的限制，气隙磁通密度则受铁磁饱和限制，都不能过高。如采用超导技术则可使单机功率比普通电机提高十几倍以上。
1.3 CMOS图像传感器的特点
1.3.1 CMOS图像传感器的特性
（1）光照特性
CMOS图像传感器的主要应用也是图像的采集，也要求能够适应更宽的光照范围。因此也必须采用非线性的处理方法和自动调整曝光时间与自动增益等处理方法。结果与CCD相机一样损失了光电转换的线性，正因为此项，它也受限于灰度的测量。
（2）输出特性
CMOS图像传感器的突出优点在于输出特性，它可以部分输出任意区域范围内的图像。（并非所有CMOS传感器都具有这个功能，如果生产厂家没有给您提供）这个特性在跟踪、寻的、搜索及室外拍照等的应用前景非常之好。也是CCD传感器所无法办到的。
（3）光谱响应
光谱响应受半导体材料限制，同种硅材料的光谱响应基本一致，与CCD的光谱响应基本一致。
（4）光敏单元的不均匀性
光敏单元的不均匀性是CMOS图像传感器的弱项，因为它的光敏单元不像CCD那样严格的在同一硅片上用同样的制造工艺严格制造，因此远不如CCD的光敏单元的一致性好，但是它内部集成单元多，处理能力强能够弥补这个缺陷。
1.4 OV7670的性能特点与工作方式
1.4.1 OV7670的性能和参数
OV7670是一款采用24脚封装的芯片，30万像素CMOS VGA图像处理传感器。该模块具有体积小、工作电压低等特点，可以实现对单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能；通过SCCB控制总线控制，可以实现输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位影像数据；同时最高的数据帧可达30FPs,这样用户可以完全控制图像的质量，数据的格式和传输的方式，所有的图像处理功能伽马曲线，白平衡，饱和度，色度等，都可以通过对I2C总线的控制以SCCB方式进行配置，另外感光阵列是640x480的，可以很好的输出（4:2:2）的格式数据。
OV7670模块，带AL422 FIFO，超宽工作电压,带24MHZ有源晶振，带380KB 大容量的FIFO AL422B，非常适合慢速MCU直接通过I/O采集图象数据，带OV7670必须的稳压LDO，超宽单工作电源3.3V~5V，I/O直接连接无须电平转换，工作温度0~50度，镜头为全玻璃镜片，镜头焦距3.6毫米650nm波段。
1.4.2 OV7670的功能
1. 高灵敏度特性适合低照度的应用场合。
2. 很低的电压适合嵌入式的应用。
3. 该芯片具有标准的SCCB接口，并且兼容IC接口。
4. 支持VGA，GIF，和CIF到40x30的各种尺寸。
5. VarioPixel子采样方式。
1.5 OV7670的数字图像输出
1.5.1 OV7670的输出信号时序
像素数据输出时序和帧与行有效信号时序分别如图1.5.1和图1.5.2所示。像素时钟与主时钟同频，在一帧图像开始输出时帧有效信号由低电平变为高电平，一帧输出结束时由
高电平变为低电平；而行有效信号则在一行数据输出有效时由低电平变为高电平，一行数据输出完成后由高电平变为低电平。根据OV7670的输出信号时序就能正确地采集整帧图像。图1.5.1中，P为帧消隐区，A为有效数据区，Q为行消隐区。图1.5.1为像素数据输出时序图，图1.5.2为帧与行有效信号时序图。
图1.5.1 像素数据输出时序图
图1.5.2 帧与行有效信号时序图
2 方案论证
2.1 控制模块的介绍
方案一，采用ATMEL 公司的AT89C51。51单片机价格便宜，应用广泛，但是功能单一，但其运算速度低，RAM、ROM空间小，如果系统需要增加语音播报功能，还需外接语音芯片，实现较为复杂；另外51 单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。
方案二，采用STM32系列单片机。这款单片机采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。它具有一个32位的核，处理速度明显优于MSP430。
方案三，采用ARM7，ARM7底层驱动很复杂，平时用的也不是很多。
三个方案都能满足题目要求。但小车实时处理要求高，处理速度应尽量快。完成题目基本上不会使用到430单片机的五种低功耗模式。ARM虽然在性能上优于另外两个方案，但其价格高。
综上所述，综合考虑时间、性价比和低功耗等因素，我们选择方案二。
2.2 车身车体的介绍
方案一，使用坦克式小车。小车体积大，可承载模块多；摩擦力大，可走崎岖不平的路径；运动可快可慢，快时用于行进，慢时用于位置精密调节。缺点：功耗大，灵敏度低。
方案二，使用四轮矩形车体。小车功耗较低，运动灵活，车速较快。适于平整地面快速运行。
方案三，使用圆形车体。左右两个单向轮，前后两个万向轮。功耗和灵敏度明显优于方案二。
经研究，决定选用方案三，并在万向轮上加入减震设备，使小车运行过程平稳。另外小车车体中加载9V可充电电池（环保且可持续利用），通过稳压模块稳定为5V和3.3V，分别给小车驱动和M3处理器等模块供电。车轮表面贴有码盘，可用红外实时感测车轮的运动状态，并输入单片机进行实时调整。
2.3 电机选择与驱动模块的介绍
方案一，使用直流电机。直流电机机械特性的线性度好，速度快，反应灵敏，转动力矩大，体积小，重量轻，成本低，另外，直流电机带负载能力强，调速平滑，PWM调整范围广。缺点：不易于精确调节和准确定位。
方案二，使用步进电机。步进电机是将脉冲信号转化为角位移或线位移的器件，其精度高，效率高，可靠性高，另外，步进电机只有周期误差而无积累误差，可以精确的控制转动的角度和位移。缺点：体积大，力矩小，速度慢，且力矩在高转速时急剧下降。
我们选择直流电机，利用L298集成芯片组成驱动电路可产生PWM脉冲。利用PWM 脉冲驱动直流电机，可以提高直流电机的精确度，又不会影响其速度的优势。用于提供小车行驶的动力，速度快，灵敏度高，使之满足题目要求。
2.4 路径识别的方案设计与论证
方案一：基于光电传感器阵列的智能控制
光电传感器的排列方法、个数、彼此之间的间隔都与控制方法密切相关。但一般的认识是：在不受外部因素影响的情况下、能够感知前方的距离越远，行驶的效率越高。
由于光电传感器电路板的大小有限，其延伸的距离太短，因此大多制作者通过调整了光电传感器与地面信息的的方向，从而使光电传感器可以获得更远地方的路面的跑道情况。[3]
下图2.4.1和2.4.2是两种典型的光电循迹的方案，图2.4.1中模型车采用了8对光电传感器分布得比较宽；图2.4.2中模型车只采用了3对光电传感器，放置在向外伸出的小电路板上，探测的范围比较小。具体在实际中将采用哪种方案更合适，这个与光电传感器扫描前方的距离和宽度以及所控制的策略是十分相关的。
下面的图2.4.1为8路红外发射管方案，图2.4.2为3路红外发射管方案。
图2.4.1 8路红外发射管方案图2.4.2 3路摄像头方案
在光电循迹方案中，为了得到质量较高的接收信号，一般还附加一些电阻电容组成的RC高通滤波器。这样就能够在一定程度上避免由外部光线引起的路线识别不正确的问题。有的模型车设计的传感器离地面距离较远，为了能够接收到更多的从发光传感器发射过来的光线，也有使用凸透镜的情况。
基于反射式红外传感器的光电传感器阵列的路径检测方法具有较高的可靠性与稳定性，信息更新速度快且易于单片机处理。但是它易受环境光线的干扰，而且存在着检测距离近的的问题，硬件电路复杂。为了获得远方的信息需要将传感器伸的尽可能远，从而增加了车体高速行驶时的转动惯量，限制了智能车的最高速度。
方案二：基于面阵CCD传感器的控制
基于面阵CCD传感器的路径检测方法具有探测距离远（后文将这种前方探测距离称
为“前瞻“）的优势，能够尽可能早地感知前方路径的信息并进行预判断，实现提前减速过弯。而且这样还可以提高转弯的最高速度。同时还可以结合利用单片机内部的A/D,在小车的前方虚拟出24个光电传感器，采用单一传感器，硬件结构简单且高速运行时转动惯量小，从而增加了小车的最高速度。这样不仅能够克服传统光电传感器的缺点，又能够精确的感知黑色引导线的位置，为智能车的稳定运行提供保障。但是，在调试过程中我们发现这样面阵摄像头在市场上很少，不易购买。
图2.4.3 CMO S摄像头小车
方案三：基于面阵CMOS传感器的控制
基于黑白面阵CMOS摄像头传感器的路径检测方法具有以上两种方案的所有优点，同时面阵CMOS摄像头输出的复合视频信号，采集到的信息将是前方整个一副图像。利用单片机内部的A/D转换器，并配合从视频信号分离出的同步信息，该单片机可以直接将图像信号采集到内部的RAM中，然后通过软件对图像信息进行处理。这样不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以得到跑道的方向，跑道的曲率等信息。这样可以有效地对车模进行运动控制，提高车模路径跟踪速度和运行速度。但是面阵CMOS摄像头的延时比较大（20ms），因此对信息的采集和处理有一定的约束。图2.4.3为CMOS摄像头小车。
综合以上分析，为了更好的获得路况信息和取得大的前瞻，本设计选择方案三，并对其进行可改进。
3 智能车系统硬件设计
3.1 智能车系统硬件设计总体结构
本系统是利用了市面上很流行的处理器STM32作为本系统的主要控制模块，我们采用了CMOS摄像头作为识别路面信息的传感器，通过控制器STM32对摄像头采集过来的信息进行分析和判别，才实现对智能小车直流电机的控制从而达到实现自动循迹的目的。众所周知，一个系统的硬件是一个系统能否稳定运行的关键，在设计智能车硬件的总体架构时，该系统充分考虑了这方面的因素，使该系统能够很好的运行，使小车的行驶速度更快更稳定。如图3.1，并在此基础上选择了最佳的硬件电路和器件，后面将分成各个模块加以介绍。图3.1为系统硬件整体框图。[4]
电源管理
MCU
电池
舵
机
电机
CMOS
传感
器
转速测量
+5V
+3.3V
+3.3V驱动芯片+5V
+5V
图3.1 系统硬件整体框图
3.2 STM32最小系统的设计3.2.1 方案总结
1 电机模块：直流电机
2 控制模块：Cortex-m3
3 车体选择：四轮圆形车身
4 摄像头模块：OV7670模块3.2.2 方案框图
图3.2为方案框图。
电源模块电机模块CORT
EX—
—M3
摄像
头模
速度
控
制图3.2 方案框图
3.3 电路设计与原理
3.3.1 直流电机应用
L298为双全桥步进电机专用驱动芯片，内含4信道逻辑驱动电路，接收标准TTL逻辑信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可直接通过电源来调节输出电压。然而本电路将M3控制器与L298驱动结合，产生PWM脉冲，用于驱动直流电机，在不影响直流电机速度快、带负载能力强的同时，实现较精确调节，可达到很好的效果。
L298作为小车电机驱动芯片，驱动能力很强，广泛被智能小车控制作用，硬件简单，操作性极强，而且价格也适合，非常适合初学者来应用，在该课题中，小车的驱动主要依靠该模块来实现，摄像头采集的信息通过CPU的处理，从而调节小车的运行情况，是该课题的主要模块。其电路原理图如3.3.1图。
L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：高的工作电压最大可达46V；比较大的输出电流，具有3A瞬间峰值电流，实验报告检测其持续工作电流可达2A，具有25W额定功率。内涵两个H的高电压大电
流全桥式驱动器，能够实现对直流电动机和步进电机和步进电机的驱动，继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制：具有两个智能控制端，在输入信号合理的情况下允许或者禁止期间工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分工作在低电压下模式下；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路，使用L298芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或者四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。图3.3.1为电机驱动模块。[6]
图3.3.1 电机驱动模块
3.3.2 电源分配电路设计
电源分配电路中，所用的电池是蓄电池，电池要通过一些电压的转化电路来实现对电机的驱动作用，由于STM32的最小系统的驱动电压时3.3V 的直流电压，摄像头的驱动是 3.3V 到5V 的直流电压，需要将蓄电池的电压转换过去，这部分，该系统利用了LM3117-3.3V 的转换芯片，能够得到稳定性和波纹都很好的3,3V 直流电压，可直接利用该直流电压给单片机和CMOS 摄像头传感器供电。图3.3.2为电源模块。
图3.3.2 电源模块
3.3.3 H桥电机的驱动
本系统的直流电机的驱动电路采用H型PWM电路，用STM32处理器来控制驱动电路，使之工作在占空比可调的开关状态，从而实现对电动机的转速的精确调整。其实就是把波形作用于电机驱动的使用端，PWM控制是一种在控制领域应用非常广泛的控制方式，通过对波形或者说是脉冲的占空比加以控制，从而实现对电机速度的控制，灵活应用合理分配是PWM波的一种很强的优势，因此对于电机运行的速度，我们可以通过对PWM 波的占空比来实现对脉冲频率的控制，来达到转速的合理控制。图3.3.3为L298 H桥内部电路。
图3.3.3 H桥内部电路
4 智能车系统软件设计
4.1 控制算法的简要介绍
智能小车的控制，实际上就是对智能车的运行车速和运行方向的控制，本课题通过对各种算法的比较，最终采用了比较适合的算法——PID 控制，PID 控制是一种新型的算法，这种算法来源于模糊数学模型，模糊推理的控制就是利用了这种算法来实现对图像的合理处理的。
在对驱动电机和舵机控制之前，需要利用道路检测信息来制定各种路况下的控制策略，道路路况不外乎4种，如图4.1所示为跑道的4种情况。
图4.1 跑道的4种情况
要实现在最短的时间能实现对智能小车的控制，并完成所要达到的任务，那么这就要求我们在直道上要用全速的状态来行驶，同时在“S ”道转向不大的情况下要尽量做到直道行驶的速度来行驶，最后在进入弯道时要合理的减速，既不能太大也不能过小，以使得在弯道上能够及时的转向，在弯道中和出弯的时候要及时的提高小车的速度，以使得在小车在进入直道时候就能够很快达到最高速度。对于十字交叉道路，可以按是直道处理，避免横线的干扰。[6]
①PID 控制介绍
PID 控制算法是根据偏差的值，按照一定的函数关系进行计算，用所得的运算结果对系统进行控制。PID 控制有位置式控制和增量式控制，方程如下：
021i 2u u u Z Z e K i i +??
????
++=错误！未找到引用源。 (4-1)
??
????+-++-=?---)2(211i i i d i i i i e e e T T e T T
e e K u 错误！未找到引用
源。 (4-2)
利用PID 控制器步骤如下：
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；
基于摄像头的自主循迹小车系统设计
基于摄像头的自主循迹小车系统设计
摘要 “飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车邀请赛属教育部主办的全国五大竞赛之一，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。根据大赛的技术要求，设计制作了智能车控制系统。在整个智能车控制系统中，如何准确地识别道路及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 本文首先对智能车的硬件进行设计，达到了低重心、大前瞻、高稳定性的目标。其次对系统的软件部分进行设计，利用动态阈值法分割处理采集到的图像，得到赛道信息，从而得到智能车的偏航角和偏航距离。综合偏航角和偏航距离两个控制量对舵机进行控制，实现了入弯走内道，S弯直线冲过的目标，大大提高了智能车的弯道运行速度。用光电编码盘检测智能车的运行速度，再根据赛道信息给定智能车的运行速度，运用增量式PID算法调节驱动电机转速，实现了电机的快速响应。 整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。经过大量测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。 关键字：智能车；图像传感器；阈值分割；路径识别；
Abstract Freescale Cup National Undergraduate Smart Car Competition is sponsored by the National Ministry of Education, one of the five contests, their professional knowledge related to control, pattern recognition, sensor technology, automotive electronics, electrical, computer, machinery and many other disciplines. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. This paper first introduces the hardware of the smart car, to achieve a low center of gravity, forward-looking, and high-stability target. The second part of the system is software design, the use of dynamic threshold segmentation algorithm to process images, get track information, yaw and the yaw angle. The steering gear is controlled by the yaw and the yaw angle, when through the turn, the smart car goes inside the road, and when through S bend, the smart car crossed as a goal line, greatly improving speed of the smart car. From the detection with encoder disk we get the speed of the smart car, and then from the track information, we set the expected speed of the smart car, the use of incremental PID algorithm for adjusting drive motor speed to achieve the rapid response to the motor. The entire system is involved in mechanical models of structural adjustment, the sensor circuit design and signal processing, control algorithms and strategies for optimizing many aspects, such as. After extensive testing, and ultimately determine the structure of the system and various control parameters. Keywords：smart car; image sensor; threshold segmentation; road identification
基于单片机的智能寻迹小车毕业设计
基于单片机的智能寻迹小车毕业设计 系统主要由红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块组成。 采用P89V51单片机作为智能小车控制核心。系统能实现对线路进行寻迹，小 车可以 前进或后退，遇到障碍物可以自行停止并可以实现反向运行，系统可以利用声 音控 制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高，人机互动性好。 P89V51单片机；红外避障；线路寻迹；直流减速电机 ABSTRACT System is mainly by infrared obstacle avoidance module, voice module, opto-electronics and motor drive tracing module. Used as a single- chip smart car P89V51 control core. System can realize the tracing lines, cars can go forward or backward, encountered obstacles can stop and reverse operation can be achieved, the system can use voice to control the start and stop car. Compact the entire system to control the accurate, cost-effective, good human-computer interaction. KEYWORD: P89V51MCU;Infrared obstacle avoidance；Tracing；DC motor speed 1
智能循迹小车程序
#include
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统
分类号编号 烟台大学 毕业论文（设计）基于STM32的智能小车 摄像头循迹系统 Intelligent Car Tracking System Based on STM 32 Camera 申请学位：工学学士 院系：光电信息科学技术学院 专业：电子信息工程 姓名：王坤 学号：200813503229 指导老师：尚明（教授） 2012年5 月21 日 大学EDA实验室
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统 姓名：王坤 导师：尚明（教授） 2012年5 月21 日 大学EDA实验室 大学毕业论文（设计）任务书
院（系）：光电信息科学技术学院
[摘要]现在人们越来越喜欢安全、节能、环保、智能化和信息化的汽车了，在智能汽车新时代，无人驾驶技术，得到了飞越的发展，成为了智能车时代的新标志。智能小车不但逐步提高了车辆的控制水平和驾驶水平，而且也保障了车辆行驶的安全、畅通、高效特性。本文主要讨论了智能车系统的设计方案，并且对智能车自主行驶的决策以及控制，算法也进行了相应的研究。 本论文首先设计了智能车的硬件结构，硬件方面以Cortex-m3为控制核心，另外其他辅助模块包括：电源模块，图像传感模块，速度控制模块以及其他功能模块进行辅助，从而来完成智能车的硬件设计。由于智能车有一个比较复杂跑道，传统的控制算法在复杂跑道情况下已经无法解决智能车的控制参数的问题。因此本论文做了一些改进，本论文采用理论结合实际，我们采用了模糊PID控制算法来实现对智能车的控制，并进行了一定的实验。 在该系统中，由CMOS摄像头来实现路径识别，通过对小车的闭环控制，使小车能按照给定的黑色引导线平稳地循迹。该系统能够很好地满足智能车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，稳定误差小，调节相应时间比较快，具有较好的动态性能和良好的稳定性。 实验证明，所设计的智能车具有速度快，适应性强的特点。 [关键词]智能车；图像处理；比例积分微分
智能循迹小车详细制作过程
（穿山乙工作室）三天三十元做出智能车 基本设计思路： 1.基本车架（两个电机一体轮子+一 个万向轮） 2.单片机主控模块 3.电机驱动模块（内置5V电源输出） 4.黑白线循迹模块 0.准备所需基本元器件 1）.基本二驱车体一台。（本课以穿山乙推出的基本车体为 例讲解） 2）.5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红 色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40 个。 3）.5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一 个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110 驱动芯片2个。 4）.5x7cm洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三 对、4.7K电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED三个。 一、组装车体
（图中显示的很清晰吧，照着上螺丝就行了） 二、制作单片机控制模块 材料：5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 电路图如下，主要目的是把单片机的各个引脚用排针引出来，便于使用。我们也有焊接好的实物图供你参考。（如果你选用的是STC98系列的单片机在这里可以省掉复位电路不焊，仍能正常工作。我实物图中就没焊复位）
三、制作电机驱动模块 材料：5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 电路图如下，这里我们把电源模块与驱动模块含在了同一个电路板上。因为电机驱动模块所需的电压是+9V左右（6—15V 均可），而单片机主控和循迹模块所需电压均为+5V。 这里用了一个7805稳压芯片将+9V电压稳出+5V电压。
智能循迹小车总体设计方案
智能循迹小车总体设计方案 1.1 整体设计方案 本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块黑线路经，然后由AT89S52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。 1.2系统设计步骤 （1)根据设计要求，确定控制方案； （2)将各个模块进行组装并进行简单调试； （3)画出程序流程图，使用C语言进行编程； （4)将程序烧录到单片机内； （5)进行调试以实现控制功能。 1.2.1系统基本组成 智能循迹小车主要由AT89S52单片机电路、循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。 (1)单片机电路：采用AT89S52芯片作为控制单元。AT89S52单片机具有低成本、高性能、抗干扰能力强、超低功耗、低电磁干扰，并且与传统的8051单片机程序兼容，无需改变硬件，支持在系统编程技术。使用ISP可不用编程器直接在PCB板上烧录程序，修改、调速都方便。 （2）循迹模块：采用脉冲调制反射红外发射接收器作为循迹传感器，调制信号带有交流分量，可减少外界的大量干扰。信号采集部分就相
当于智能循迹小车的眼睛，有它完成黑线识别并产生高、低平信号传送到控制单元，然后单片机生成指令来控制驱动模块来控制两个直流电机的工作状态，来完成自动循迹。 （3）L298N驱动模块：采用L298N作为点击驱动芯片。L298N具有高电压、大电流、响应频率高的全桥驱动芯片，一片L298N可以分别控制两个直流电机，并且带有控制使能端。该电机驱动芯片驱动能力强、操作方便、稳定性好，性能优良。L298N的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。
智能循迹小车___设计报告
智能循迹小车设计 专业：自动化 班级：自动化132 姓名：罗植升莫柏源梁桂宾 指导老师： 2014年4月——2010年6月 摘要：
本课题是基于STC89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 STC89C52单片机为系统控制处理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。 引言
当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。 此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。
智能循迹小车设计与实现
智能循迹小车设计与实现 摘要本文介绍的是基于单片机STC89C52控制智能循迹小车的设计。利用红外对光管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的运动，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车的电机由LG9110驱动，整个系统的电路结构简单，可靠性高。 关键词STC89C52 LG9110 红外对光管循迹小车
The manufacture of intelligent tracking car Abstract This articale introduces the design of intelligent tracking car based on the STC89C52 single chip computer.Based infrared detection of black lines and the road obstacles,and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the movement.A electronic drived,which can automatic track and avoid obstacle,was designed and fabricated.In which,the electric machinery of car is drived by the LG9110.The electric circuit stuction of whole system is simple,and the function is dependable. Keywords STC89C52 LG9110 Infrared emitting diode Tracking car
智能循迹避障小车方案设计书
封面
作者：PanHongliang 仅供个人学习 目录 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………
…2 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模
块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢……………………………………………………………………………………… 19 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由 L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car。STC89C52 MCU。L298N。Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视
智能循迹小车C程序(完美-详尽)
-----------------------小车运行主程序------------------- -------------------------------------------------------- 简介：@模块组成：红外对管检测模块----五组对管，五个信号采集端口 直流电机驱动模块----驱动两个直流电机，另一个轮子用万向轮 单片机最小系统------用于烧写程序，控制智能小车运动 @功能简介：在白色地面或皮质上用黑色胶带粘贴出路线路径宽度微大于相邻检测管间距。 这样小车便可在其上循迹运行。 @补充说明：该程序采取“右优先”的原则： 即右边有黑线向右转， 若无，前方有黑线，向前走， 若无，左边有黑线，向左转， 若全无，从右方向后转。 程序开头定义的变量的取值是根据我的小车所调试选择好的， 如果采用本程序，请自行调试适合自己小车的合适参数值。 编者：陈尧，黄永刚（江苏大学电气学院二年级，三年级） 1.假定:IN1=1,IN3=1时电机正向转动,必须保证本条件 2.假定:遇到白线输出0，遇到黑线输出1; 如果实际电路是：遇到白线输出1，遇到黑线输出0， 这种情况下只需要将第四，第五句改成： #define m0 1 #define m1 0 即可。 3.说明1：直行---------------速度full_speed_left,full_speed_right. 转弯,调头速度------correct_speed_left,correct_speed_right. 微小校正时---------高速轮full_speed_left,full_speed_right; 低速轮correct_speed. 可以通过调节第六，七，八，九，十条程序，改变各个状态 下的占空比（Duty cycle ）,以求达到合适的转弯，直行速度 4.lenth----------length检测到黑线到启动转动的时间间隔 5.width----------mid3在黑线上到脱离黑线的时间差 6.mid3-----------作为判断中心位置是否进入黑线的标志，由于运行的粗糙性和惯性， 常取其他对管的输出信号作为判断条件 7.check_right----若先检测到左边黑线，并且左边已出黑线，判断右端是否压黑线时间拖延
智能循迹小车总体设计方案
智能循迹小车总体设计方案 整体设计方案 本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块黑线路经，然后由AT89S52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。 系统设计步骤 （1)根据设计要求，确定控制方案； （2)将各个模块进行组装并进行简单调试； （3)画出程序流程图，使用C语言进行编程； （4)将程序烧录到单片机内； （5)进行调试以实现控制功能。 系统基本组成 智能循迹小车主要由AT89S52单片机电路、循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。 (1)单片机电路：采用AT89S52芯片作为控制单元。AT89S52单片机具有低成本、高性能、抗干扰能力强、超低功耗、低电磁干扰，并且与传统的8051单片机程序兼容，无需改变硬件，支持在系统编程技术。使用ISP可不用编程器直接在PCB板上烧录程序，修改、调速都
方便。 （2）循迹模块：采用脉冲调制反射红外发射接收器作为循迹传感器，调制信号带有交流分量，可减少外界的大量干扰。信号采集部分就相当于智能循迹小车的眼睛，有它完成黑线识别并产生高、低平信号传送到控制单元，然后单片机生成指令来控制驱动模块来控制两个直流电机的工作状态，来完成自动循迹。 （3）L298N驱动模块：采用L298N作为点击驱动芯片。L298N具有高电压、大电流、响应频率高的全桥驱动芯片，一片L298N可以分别控制两个直流电机，并且带有控制使能端。该电机驱动芯片驱动能力强、操作方便、稳定性好，性能优良。L298N的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。
智能循迹小车
智能循迹小车 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
课程设计报告课程名称嵌入式系统原理与设计 课题名称智能循迹小车 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导老师乔汇东胡瑛 2014 年 1 月 5 日
目录
1.系统总设计 功能说明 本课题是基于MSP430单片机循迹智能小车的设计与实现，小车系统以MSP430单片机为系统控制处理器，采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据检测到的信号的不同状态判断小车的当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车的控制,最终在黑色跑道上完成循路行走。 任务分配情况 参与此次项目制作的一共七人，分别是：张振凤，冯志成，肖新加，代小敏，杨小林，谢鹏华和张莹任务分配情况如表1所示： 表1 任务分配情况 使用说明书 产品名称：智能循迹小车 技术参数： L298N基本参数： 类型：半桥输入类型：非反相输出数： 4 电流输出/同道：2A 电流峰值输出：3A 工作温度：-25~135°C 器件型号：L298N 产品的使用方法： 用六节干电池9V直流电压作为供电电源，接通电源，在有黑线的跑道上行走。 注意事项：1、所用电源不能超过9V，以免电压过大，把电机烧坏。 2、小孩使用时，应在大人的陪同下使用，以免被小车的尖锐部分弄伤。
3、轻拿轻放，以免损坏小车器件。 4、长期不使用时，应把电池取出。 生产日期：20xx年xx月xx日 2.硬件设计 此次项目中硬件部分的设计主要包含以下模块：电源模块，红外循迹模块，电机驱动模块和MSP430f149单片机。 电源模块 模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，在本设计中，msp430单片机使用5V电源，电机使用5V电源。用了6节的电池，为单片机和电机供电。如图所示： 图1 电源实物图 其红线接电机驱动模块上的VDD接口，绿线连接GND接口。 红外循迹模块 采用光敏二极管作为光源探测模块的传感器，由于光敏二极管感光后，内阻有较大的变化，通过一定的电路转化为电压的变化。其实物图为： 图2 红外循迹模块实物图 图中的SSI至SS5分别连接单片机I/O接口的到。分别控制五个光敏二极管，当没有检测到黑线，则指示灯不亮，则为高电平。有检测到黑线，则指示灯亮，为低电平。从而判断出小车是否能够循迹走。 红外循迹模块原理图 采用比较器对 5 个二极管的输出电压进行比较，光敏二极管引起的电压变化送
PWM调速+循迹__智能小车程序
//T0产生双路PWM信号，L298N为直流电机调速，接L298N时相应的管脚上最好接上10K 的上拉电阻。 /* 晶振采用12M,产生的PWM的频率约为100Hz */ #include
智能循迹小车详细制作过程
（穿山乙工作室） 三天三十元做出智能车 0.准备所需基本元器件 1）.基本二驱车体一台。（本课以穿山乙推出的基本车体为例讲解） 2）.5x7cm 洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED 、1K 电阻、10K 排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 3）.5x7cm 洞洞板、7805稳压芯片、红色LED 、1K 电阻各一个；双孔接线柱三个、10u 电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 4）.5x7cm 洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三对、4.7K 电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED 三个。 一、组装车体 基本设计思路： 1.基本车架（两个电机一体轮子+一个万向轮） 2.单片机主控模块 3.电机驱动模块（内置5V 电源输出） 4.黑白线循迹模块
（图中显示的很清晰吧，照着上螺丝就行了） 二、制作单片机控制模块 材料：5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 电路图如下，主要目的是把单片机的各个引脚用排针引出来，便于使用。我们也有焊接好的实物图供你参考。（如果你选用的是STC98系列的单片机在这里可以省掉复位电路不焊，仍能正常工作。我实物图中就没焊复位）
三、制作电机驱动模块 材料：5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 电路图如下，这里我们把电源模块与驱动模块含在了同一个电路板上。因为电机驱动模块所需的电压是+9V左右（6—15V 均可），而单片机主控和循迹模块所需电压均为+5V。 这里用了一个7805稳压芯片将+9V电压稳出+5V电压。 +9V
智能循迹小车程序
智能循迹小车程序 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
#include<> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int //D0-D7:f,b,a,e,d,h,c,g 共阴依次编码 //74LS04反相器驱动数码管 uchar code table[10] = {0x5F,0x42,0x9E,0xD6,0xC3,0xD5,0xDD,0x46,0xDF,0xD7}; uchar i = 0; //用于0-3数码管轮流显示uint j = 0; //计时的次数 uint time=0; //计时 uint pwm=16; //占空比 uint speed; //调制ＰＷＭ波的当前的值 sbit R=P3^2; //右边传感器 P3^2 sbit L=P3^3; //左边传感器 P3^3 //电机驱动口定义 sbit ENB=P1^0; //前轮电机停止控制使能 sbit ENA=P1^1; //后轮控制调速控制端口 sbit IN1=P1^2; //前轮 sbit IN2=P1^3; //前轮 sbit IN3=P1^4; //后轮
sbit IN4=P1^5; //后轮 void Init() { TMOD = 0x12; //定时器0用方式2,定时器1用方式1 TH0=(256-200)/256; //pwm TL0=(256-200)/256; TH1 = 0x0F8; //定时2ms TL1 = 0x30; EA = 1; ET0 = 1; ET1 = 1; TR0 = 1; TR1 = 1; } void tim0(void) interrupt 1 //产生PWM { speed ++; if(speed <= pwm) //pwm 就相当于占100的比例{ ENA = 1; }
智能循迹小车设计
智能循迹/避障小车研究 工作报告 一、智能循迹小车程序结构框图 二、Proteus仿真图 三、软件程序设计
一、智能循迹小车程序结构框图 经过几天在网上的查找，对智能循迹/避障小车有了大致的了 解， 一般有三个模块： 1、最基本的小车驱动模块，使用两个二相四线步进电机对小车的两个后轮分别进行驱动，前轮最好用万向轮，能使小车更好地转弯； 2、小车循迹模块，在小车底部有三个并排安装的红外对管，对黑色与白色的反射信号不同，经单片机处理后对小车进行相应处理； 3、避障模块，我写的程序中对于避障模块是用中断来处理的（即安装在小车车头的红外对管检测到有障碍物后，就会向单片机的P3_2口输出一个高电平或是低电平，这时中断程序将对小车进行预先设定好的避障处理），但是在程序结构框图中，我不太会表示中断处理方式，所以就用查询的方式画了。
N Y N Y 二、Proteus 仿真图 我用Proteus 大概地仿真了小车的运行状态。图中的两个二相四线步进电机就代表小车的左右轮（假定步进电机顺时针转动方向为小车前进方向），网上有很多种驱动芯片，在仿真时我只使用L298N 芯
片来驱动步进电机。用三个单刀双制开关模拟用于小车循迹的三个红外对管的输出信号，经一个与门与三极管开关连接到P3_3口，中断程序对P1_0, P1_1, P1_2三个口进行检测，并做出相应处理。同时因为避障模块的优先级高于循迹模块，所以将外部中断0用于避障，外部中断1用于循迹。P1_3口则用于检测小车是否到达终点。 1、小车驱动模块： 使用一片298芯片驱动一个二相四线步进电机，电机的电压为12V。
推荐-基于STM32的智能小车摄像头循迹系统 精品
分类号编号 烟台大学毕业（设计） 基于STM32的智能小车摄像头循迹系统Intelligent Car Tracking System Based on STM 32 Camera 申请学位：工学学士 院系：光电信息科学技术学院 专业：电子信息工程 姓名：王坤 学号： 20XX13503229 指导老师：杨尚明（教授） 20XX年5 月21 日 烟台大学EDA实验室
基于STM32的智能小车摄像头循迹系统 姓名：王坤 导师：杨尚明（教授） 20XX年5 月21 日 烟台大学EDA实验室 烟台大学毕业（设计）任务书
院（系）：光电信息科学技术学院
[摘要]现在人们越来越喜欢安全、节能、环保、智能化和信息化的汽车了，在智能汽车新时代，无人驾驶技术，得到了飞越的发展，成为了智能车时代的新标志。智能小车不但逐步提高了车辆的控制水平和驾驶水平，而且也保障了车辆行驶的安全、畅通、高效特性。本文主要讨论了智能车系统的设计方案，并且对智能车自主行驶的决策以及控制，算法也进行了相应的研究。 本首先设计了智能车的硬件结构，硬件方面以Cortex-m3为控制核心，另外其他辅助模块包括：电源模块，图像传感模块，速度控制模块以及其他功能模块进行辅助，从而来完成智能车的硬件设计。由于智能车有一个比较复杂跑道，传统的控制算法在复杂跑道情况下已经无法解决智能车的控制参数的问题。因此本做了一些改进，本采用理论结合实际，我们采用了模糊PID控制算法来实现对智能车的控制，并进行了一定的实验。 在该系统中，由CMOS摄像头来实现路径识别，通过对小车的闭环控制，使小车能按照给定的黑色引导线平稳地循迹。该系统能够很好地满足智能车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，稳定误差小，调节相应时间比较快，具有较好的动态性能和良好的稳定性。 实验证明，所设计的智能车具有速度快，适应性强的特点。 [关键词]智能车；图像处理；比例积分微分 [Abstract]Now more and more like safety, energy conservation, environmental protection,
智能循迹避障小车设计
摘要 本系统以设计题目的要求为目的，采用80C51单片机为控制核心，利用红外线传感器进行寻线，控制电动小汽车的自动循迹，并再通过光电开关探测障碍，从而控制电机转向，实现进行壁障功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，实验测试结果满足要求。本文着重叙述了该系统的硬件设计方法、软件设计方法及测试结果分析。小车运行方案，在现有玩具电动车的基础上，加装红外线光电开关模块和红外寻线模块，实现对电动车位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 关键词：80C51单片机、红外线传感器、光电开关、电动小车
Abstract The system requirements of the design project for the purpose of the 80C51 microcontroller for the control of the core,the use of the hunt and infrared sensors,automatic obstacle acoidance control of electric cars,and the photoelectric switch to the barrier function.The electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyse. Car is running the program, under the existing toy electric car, based on the installation of super sonic sensor and infrared sensors, to achieve the location of electric vehicles,operational status of the real-time measurement, and measurement data sent to the microcontroller for processing, then SCM detected according to a variety of data to achieve intelligent control of electric vehicles. Key words: 80C51 single chip computer, infrared sensors, photoelectric switch, the electric car
摄像头循迹智能平衡小车
摄像头循迹智能平衡小车 付国栋，胡健军，王杰 （哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨黑龙江 150001） 摘要：摄像头循迹智能平衡小车是使用MK60DN512ZVLQ10微处理器和CCD摄像头配合来实现在跑道上的自动循迹，识别黑白线，直道和弯道的加减速行驶。小车是机械系统与硬件系统配合软件系统实现运行的复杂整体，硬件系统有电源管理模块，最小控制系统模块，图像采集识别处理模块，陀螺仪加速度计角度测量模块，电机驱动模块，编码器测速模块；软件系统包括小车的直立平衡控制，速度与方向的PID控制，角度测量的卡尔曼互补滤波算法，信息（赛道图像，车轮转速）采集程序；机械系统方面，各模块的安装，优化改进也是摄像头循迹智能平衡小车平稳运行的关键部分。 关键词：MK60DN512ZVLQ10微处理器，图像采集识别处理，PID控制，卡尔曼互补滤波 Smart balanced car of tracking by camera FU Guodong, HU Jian jun, WANG Jie （College of Automation, Harbin Engineering University , Harbin, Heilongjiang 150001）Abstract: Smart balanced car of tracking by camera realizes automatic track in runway, recognizes black and white line, acceleration and deceleration of speed by using microprocessor MK60DN512ZVLQ10 and CCD camera. Smart car is a complex system concluding mechanical system, hardware system and software system; the hardware system has power module, minimum control system, the module of gathering, recognizing and processing image, the module of measuring angle by gyroscope and accelerometer, the module of driving motor, the module of measuring speed by encoder; the software system is composed of upright and balanced control’s procedure, speed and direction’s PID control’s procedure, kalmen complementary filtering algorithms, and procedure of gathering information like the runway’s image and the wheel’s speed. And every module’s installation, optimizing and improvement in mechanical system is also a key part that makes smart car move stably. Key words:Microprocessor MK60DN512ZVLQ10, gathering, Recognizing and processing of image, PID control, Kalmen complementary filtering
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