1、基于單片機(jī)的智能小車文獻(xiàn)綜述1. 國內(nèi)外實(shí)務(wù)界和學(xué)術(shù)界研究現(xiàn)狀機(jī)器人自其誕生以來，作為新生科技的代表就不斷應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，諸如機(jī)械、電子、交通、宇航、通信、軍事等領(lǐng)域。尤其是近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并開始走進(jìn)人們的生活。在人們?cè)诓粩嗵剿?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，也不斷的嘗試著制造機(jī)器人以替代人類，比方IBM研制的藍(lán)巨人、現(xiàn)在家庭生活中常用的機(jī)器人吸塵器、機(jī)器人擦窗機(jī)等等。機(jī)器人屬于自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，但是其具備了一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，具有高度靈活性。在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人的過程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、

2、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們開展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等，智能小車那么可作為機(jī)器人的代表1。智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是移動(dòng)機(jī)器人中的一種。集合了傳感器技術(shù)，和自動(dòng)控制技術(shù)。智能小車就是通過傳感采集信號(hào)，將采集到的信號(hào)進(jìn)行整理，傳輸給單片機(jī)，通過單片機(jī)編程控制小車做出智能反響。智能車輛的研究始于20世紀(jì)50年代初，美國BarrettEleetr

3、onies公司開發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng)(Automated Gulded VehicleSystem,Aovs)。1974年,瑞典的VolvoKalmar轎車裝配工廠與sehiinder-Digitron公司合作研制出了可裝載轎車車體的AGVS,并由多臺(tái)該種AGVS組成了汽車裝配線,從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。因其采用的AGVS經(jīng)濟(jì)效益明顯，許多紛紛效仿并逐步使AGVS成為裝配作業(yè)中流行的運(yùn)輸手段。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)智能車輛，其中具有代表性的智能車輛包括：意大利MOB-LAB的研發(fā)車載實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來檢測(cè)車道軌跡，

4、實(shí)現(xiàn)車輛自主駕駛。1985年德意志聯(lián)邦大學(xué)研發(fā)出多輛智能原型車輛，其VaMoRs智能原型車輛可在戶外高速公路上以100km/h的速度進(jìn)行了測(cè)試，并使用機(jī)器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。1988年,在都靈的PROMETHEUS工程第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車輛維塔(VITA,7t)也進(jìn)行了展示,該車可以自動(dòng)停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息，這兩種車輛都配備UBM視覺系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性，同時(shí)還包括一些其他種類的傳感器：三個(gè)加速度計(jì)，一個(gè)車輪位置編碼器(可作為里程表或速度計(jì))，在VaMORs車中,GPS接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)車輛位置的初步估算。美國俄亥俄州立大學(xué)智能交通研究

5、所所研發(fā)的三輛智能原型車輛，配備不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù):基于視覺的系統(tǒng)；雷達(dá)系統(tǒng)(檢測(cè)與車道的橫向位置)；激光掃描測(cè)距器(障礙物檢測(cè))；其他傳感器，如側(cè)向雷達(dá)，轉(zhuǎn)向陀螺儀。在我國，吉林大學(xué)智能車輛課題組長(zhǎng)期從事智能車輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)研究。20世紀(jì)90年代以來,課題組開展的組態(tài)式柔性制造單元及圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)車的研究對(duì)我國獨(dú)立自主開發(fā)一種新型自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng),從而為我國生產(chǎn)組織模式向柔性或半柔性生產(chǎn)組織轉(zhuǎn)化提供了有意義的技術(shù)支撐和關(guān)鍵設(shè)備。課題組己開發(fā)出JUTIV-1、JUTIV-2、JLUIV-3三種型號(hào)的自動(dòng)引導(dǎo)車輛，其中JLUW-3實(shí)用型視覺導(dǎo)航AGV已投入工廠進(jìn)

6、行中試，并得到吉林省科委“新型視覺引導(dǎo)AGV及自動(dòng)物流運(yùn)輸系統(tǒng)開發(fā)工程、長(zhǎng)春市政府科技引導(dǎo)方案新星創(chuàng)業(yè)工程、吉林大學(xué)科技園高新技術(shù)產(chǎn)品孵化工程的立項(xiàng)資助。2003年7月中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)聯(lián)合研制成功我國第一輛自主駕駛轎車，該自主駕駛轎車在正常交通情況下穩(wěn)定行使速度可達(dá)130公里/小時(shí),并且具有超車功能,總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)到達(dá)世界先進(jìn)水平。清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也研發(fā)智能車輛。汽車自主駕駛技術(shù)是集模式識(shí)別、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和汽車操縱動(dòng)力等多門學(xué)科于一體的綜合性技術(shù),汽車自主駕駛功能水平的上下常被用來作為衡量一個(gè)國家控制技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，智能車輛的相關(guān)技術(shù)，也將

7、為促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。 目前學(xué)術(shù)界對(duì)智能小車的研究也很多，桂林理工大學(xué)黃建能等2設(shè)計(jì)的無線遙控小車，其由四局部組成：主控模塊、無線通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機(jī)作為處理器；無線通信模塊采用芯片 PT2262和 PT2272實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)；用內(nèi)置兩個(gè)H橋的 L298芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及加速、減速的動(dòng)作。整個(gè)無線遙控小車系統(tǒng)具有體積小、本錢低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并具有一定的可擴(kuò)展性。 于連國、李偉等3設(shè)計(jì)了自動(dòng)往返的智能電動(dòng)車，其采用 STC89C51 單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制核心；使用紅外傳感器檢測(cè)跑道黑線并把反響

8、到的信號(hào)傳給單片機(jī)，能夠使小車在各區(qū)域均能按預(yù)定的速度行駛。 葛廣軍,楊帆4設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)循跡的智能小車。該智能小車的控制系統(tǒng)以單片機(jī)MC912DG128為核心,由路徑識(shí)別、車速檢測(cè)、舵機(jī)控制、直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200和電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7525等模塊組成，并詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的組成原理和軟硬件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明：該控制系統(tǒng)具有循跡效果好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。董濤,劉進(jìn)英等5設(shè)計(jì)并制作了一種具有紅外遙控、自動(dòng)避障、智能尋徑等功能的智能小車，該車以玩具小車為車體,直流電機(jī)及其控制電路為整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)局部，STC89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,采用IRM-2638紅外一體接收頭

9、接收控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的遙控,加以多種傳感器以實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)避障與智能尋徑等功能，該小車還配備了兩塊數(shù)碼顯示管，以便實(shí)時(shí)觀察小車狀態(tài)。該小車工作穩(wěn)定，還可用于各種機(jī)器人比賽。 姜寶華、齊強(qiáng)等6基于STC89C52RC單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種遙控智能小車。小車具有自動(dòng)、遙控兩種模式。該小車在遙控模式下小車可在1公里范圍遙控到達(dá)指定位置，并在手持設(shè)備上顯示小車位置坐標(biāo)；自動(dòng)模式下在封閉環(huán)境輸入任意坐標(biāo)，小車可自動(dòng)運(yùn)行到該位置。2. 初步設(shè)想 智能車輛是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成局部。它在軍事、民用、太空開發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本次設(shè)計(jì)對(duì)智

10、能小車的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于路徑規(guī)劃處理的智能小車控制系統(tǒng)。2.1 主控系統(tǒng)方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)角度考慮我放棄了此方案。方案2：采用51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心7，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢(shì)控

11、制簡(jiǎn)單、方便、快捷10。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能8、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。2.2 電源模塊方案1：采用12V蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出。但是蓄電池的體積過于龐大，小型電動(dòng)車上使用極為不方便。因此放棄此方案。方案2 ：采用7V可充電式鋰電池，經(jīng)過7805穩(wěn)壓電路得到5V電壓，為單片機(jī)機(jī)和各模塊供電。此電池的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕，電流穩(wěn)定，能夠滿足本次設(shè)計(jì)的要求。為了防止干擾，使電路更加穩(wěn)定，此電路中采用兩個(gè)7805穩(wěn)壓模塊分別為單片機(jī)及傳感器模塊和電機(jī)供電。因此我選擇此方案

12、。2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案1：采用繼電器對(duì)電機(jī)得開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)，此方案優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、易損壞、壽命較短，可靠性不高。放棄此方案。方案2：采用專用芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，一片L298可以控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端，能夠控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度，用該芯片作為小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠很好的控制小車，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。因此我選擇此方案。2.4 電機(jī)選擇方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和未知的精確定位。雖然采用步進(jìn)

13、電機(jī)有諸多有點(diǎn)，但步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于對(duì)小車有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)考慮比較后，我放棄此方案。方案2：采用小型直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，滿足此次設(shè)計(jì)要求。因此我選擇此方案。2.5 通信模塊方案一：由發(fā)射和接收兩大局部組成紅外遙控系統(tǒng)11，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，發(fā)射局部包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收局部包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路等。相對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且使用的時(shí)候必須將遙控器前的紅外發(fā)射孔對(duì)準(zhǔn)接收管才可以。方案二：無線

14、電遙控也由發(fā)射和接收兩大局部組成12，由于無線電遙控模塊在市場(chǎng)上非常普及，加上無線電遙控有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無方向性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于小車的控制是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。結(jié)合兩種方案，最終選擇用電量、發(fā)射、接受功率都不大，一般的小障礙也可以穿越，而且遙控?zé)o方向性的無線電遙控。2.6 循跡模塊方案1：采用發(fā)光二極管和光敏二極管構(gòu)成檢測(cè)電路，此方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境的光源對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大的干擾，一旦外界光強(qiáng)改變，很可能造成誤判和漏判，采用超高亮發(fā)光管可以在一定程度上提高抗干擾能力，但這又增加了額外的功耗。此方案檢測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以放棄此方案。方案2：采用RPR-220光電對(duì)管方案，RPR-22

15、0是一種一體化光電反射探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收器是一個(gè)硅平面光電三極管，經(jīng)測(cè)試，該探測(cè)器對(duì)黑線檢測(cè)結(jié)果非常好，受外界光源影響較小，小車裝上三對(duì)光電對(duì)管，即可保證車體始終保持在軌道內(nèi)正常前行。相比兩個(gè)方案，考慮到調(diào)試時(shí)對(duì)外界光源的不確定性，為了保證檢測(cè)的抗干擾行，提高檢測(cè)準(zhǔn)度精度，決定采用方案二，即RPR-220光電對(duì)管方案。3.4.參考文獻(xiàn)1王晶.智能小車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.碩士論文,武漢:武漢理工大學(xué),20212黃建能,楊光杰.無線遙控小車.J現(xiàn)代電子技術(shù).2021, Vol.35,No.23:126-129.3于連國,李偉,王妍瑋.基于單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)J林業(yè)機(jī)械與

16、木工設(shè)備,2021, Vol.39,No.4:39-41.4葛廣軍,楊帆.基于單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).J河南城建學(xué)院學(xué)報(bào), 2021, Vol.20,No.3:47-50.5董濤,劉進(jìn)英,蔣蘇.基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作J計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2021, Vol.17,No.2:380-382.6姜寶華,齊強(qiáng).基于單片機(jī)的無線遙控智能小車的設(shè)計(jì)與制作J計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2021,2:24-25.7張毅剛，彭喜元，彭宇，單片機(jī)原理及應(yīng)用，高等教育出版社，2021.58郭天祥，新概念51單片機(jī)C語言教程，電子工業(yè)出版社,2021.19童詩白，華成英，模擬電子技術(shù)根底，高等教育出版社,2006.510周學(xué)毛，新編C語言程序設(shè)計(jì)教程，西安電子科技大學(xué)出版社，2004.1111趙海蘭，基于單片機(jī)的紅外遙控智能小車的設(shè)計(jì)，電子世界，2021.0812葉湘濱，傳感器與測(cè)試技術(shù)，國防工業(yè)出版社,2007.413姚培等，基于單片機(jī)控制的智能循跡避障小車，期刊論文機(jī)電信息，2021,1214李瀚霖等.智能小車研究與設(shè)計(jì),刊期論文科技致富向?qū)В?021,2615 M. J Potasek and GP. Agrawal,Single-Chip microcomputer data / Prepared by Te