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      基于STC89C52單片機(jī)的循跡智能車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2013-12-29 00:00:00牛闖王翰章趙玉立周元群
      電腦知識(shí)與技術(shù) 2013年10期

      摘要:該文采用STC89C52單片機(jī)為核心控制單元,通過(guò)控制2個(gè)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制四個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)智能車的差速控制;利用4個(gè)紅外光電傳感器以階梯狀均勻分布模式布置在智能車前部,用于采集路面的信息以實(shí)現(xiàn)循跡功能。該文詳細(xì)論述了智能車控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案,以及智能車控制系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并且具體分析了智能車的車身結(jié)構(gòu)對(duì)其速度和轉(zhuǎn)向的影響。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)能很好地滿足智能車對(duì)路徑的識(shí)別和抗干擾能力較強(qiáng)的要求,智能車速度調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間快,穩(wěn)態(tài)誤差小,具有較好的動(dòng)態(tài)性能和良好的魯棒性[1-4]。

      關(guān)鍵詞:STC89C52單片機(jī);L298N驅(qū)動(dòng)模塊; 紅外傳感器

      中圖分類號(hào):TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2013)10-2488-05

      智能車是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合控制系統(tǒng)。它應(yīng)用了微處理器、紅外傳感器、自動(dòng)控制、測(cè)量控制、信息處理、機(jī)械設(shè)計(jì)、模式識(shí)別等技術(shù)。智能車已成為人工智能領(lǐng)域研究和發(fā)展的熱點(diǎn),尤其在大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面。有關(guān)智能車的設(shè)計(jì)、功能的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的研究等更是成為培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。

      本文以STC89C52單片機(jī)為核心控制單元,通過(guò)控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)和應(yīng)用紅外反射式光電管識(shí)別路徑的方法,實(shí)現(xiàn)智能車的循跡行走和速度控制等功能。

      1 智能車的整體設(shè)計(jì)

      1.1 智能車總體模塊設(shè)計(jì)

      本文設(shè)計(jì)的智能車總體設(shè)計(jì)是由6個(gè)模塊組成,分別是智能車模型模塊;電源模塊;紅外路徑識(shí)別傳感器模塊;STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊;L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊;電機(jī)模塊。智能車總體模塊設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。智能車循跡行駛過(guò)程是:首先紅外路徑識(shí)別傳感器將采集到的紅外信號(hào)傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng),然后通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)的控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理,接下來(lái)將此信號(hào)在通過(guò)控制算法驅(qū)動(dòng)電機(jī),最后實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[5]。

      2 硬件電路設(shè)計(jì)

      2.1 紅外路徑識(shí)別傳感器模塊設(shè)計(jì)

      2.4 微處理器模塊設(shè)計(jì)

      本智能車采用的微處理器模塊是STC89C52單片機(jī),眾所周知,智能車的微處理器模塊是智能車的大腦,是核心的控制單元,智能車的行駛主要是通過(guò)這個(gè)微處理器模塊的控制實(shí)現(xiàn)的。

      STC89C52單片機(jī)是一種低功耗高性能CMOS 8位微控制器,具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案[9]。

      3 軟件設(shè)計(jì)

      本智能車的編程語(yǔ)言為高級(jí)C語(yǔ)言,本系統(tǒng)的程序主要由延時(shí)程序、電機(jī)動(dòng)作控制程序、光敏傳感器掃描程序、電機(jī)調(diào)速程序和主程序5大部分構(gòu)成。此智能車在轉(zhuǎn)彎時(shí)候選用延遲程序代替定時(shí)器程序,這樣使智能車在直線行駛的時(shí)候能夠不用來(lái)回?cái)[頭,大大的增加了智能車的穩(wěn)定性。其主要的設(shè)計(jì)原理是:智能車的4個(gè)紅外傳感器如果全部沒(méi)有檢測(cè)到黑線,智能車全速前行;當(dāng)智能車左一紅外傳感器檢測(cè)到黑線,智能車固定向左偏轉(zhuǎn)20度角行駛固定的延遲時(shí)間約為50ms后繼續(xù)啟動(dòng)主程序,讓智能車確保能夠循跡;如果右一紅外傳感器檢測(cè)到黑線原理同左一紅外傳感器;當(dāng)智能車的左二紅外傳感器檢測(cè)到黑線,這是說(shuō)明智能車已經(jīng)在彎度較大地方,這時(shí)本設(shè)計(jì)需要程序控制減速延遲時(shí)間約為20ms,并且向左偏轉(zhuǎn)大概90度角,行駛固定的延遲時(shí)間約為50ms后繼續(xù)啟動(dòng)主程序,讓智能車確保能夠循跡;如果右二紅外傳感器檢測(cè)到黑線原理同左二紅外傳感器。具體的程序流程圖如圖11。

      本文設(shè)計(jì)的智能車在紅外路徑識(shí)別傳感器模塊方面采用階梯型排列,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明這種排列方式可以提前感知路徑變化情況,能最快、最合理的檢測(cè)到路面信息,從而使智能車的反應(yīng)更加迅速、靈敏;在智能車電源模塊方面加入電容,使其電壓輸出更加穩(wěn)定;在智能車模型選擇方面采用四輪全驅(qū)動(dòng)智能車模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明這種車模的結(jié)構(gòu)最為合理,智能車的行駛也是最穩(wěn)定的;在智能車行駛速度方面,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明,本智能車在總長(zhǎng)度為18m的曲折型跑到上行駛5圈的時(shí)間大概是6分鐘,車速是大概為1.5m/s,性能穩(wěn)定。

      參考文獻(xiàn):

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      [3] 來(lái)俊鵬. 基于STC89C52和L298的智能循跡小車控制系統(tǒng)研究[J]. 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,10(2).

      [4] 呂霞付,羅萍.基于光電傳感器的智能車自動(dòng)循跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].壓電與聲光, 2011,33(6).

      [5] 閆俊旭,侯超. 基于紅外反射式光電傳感器的智能尋跡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].山西電子技術(shù),2012(2)

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      [8] 張?zhí)禊i,徐磊.L298N控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2011(3):98-99

      [9] 鄭楊,李美蓮,李偉.基于單片機(jī)控制的智能尋跡小車[J].科技信息,2009(36).

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