1、题 目：循迹小车智能预测控制方法研究姓 名： 学 号： 系 别： 物理与机电工程学院 专 业： 自动化 年级班级： 2010 级 1 班 指导教师： 2014 年 5 月 18 日毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编 或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检
2、索和查阅。本毕业论文内容不涉及国家机密。论文题目：循迹小车智能预测控制方法研究作者单位：物理与机电工程学院作者签名：年 月 日目 录摘要 .1引言 .21.绪论 .22.方案设计与论证 .22.1 循迹模块 .32.2 控制模块 .32.3 时钟模块设计 .52.4 复位模块设计 .62.5 驱动模块 .72.6 反馈模块 .72.7 机械系统 .82.8 电源系统 .83.硬件设计 .93.1 信号采集模块 .93.2 电源模块 .103.3 驱动模块 .103.4 总体设计 .113.5 预测控制算法 .114.软件 设计 .114.1 总体程序流程图 .114.2 总程序 .134.3
3、软件仿真 .165.结论 .17参考文献 .18附录 .18附录 1：循迹小车实物图 .19附录 2：程序代码 .20致谢 .311循迹小车智能预测控制方法研究摘 要：本设计主旨就现阶段已经实践的智能车基础上开发,原有的在运行中不太稳定,添加预测功能使其更加平稳快速。主要有四个模块，分别是控制模块、信息采集模块、驱动模块和反 馈模块。信息采集模 块 用以对黑线路况检测。控制模块主要采用 STC89C52 单片机为控制芯片。 电机 驱动模块采用 L298N 专用电机驱动芯片，使整个系统有更好的稳定性。反 馈模块 主要由霍尔传感器与单片机和信息采集模块共同完成。信息采集模块将采集到的路况信息传入
4、STC89S52 单片机，当小车行驶速度有偏差或者在将要转弯时，霍尔传感器把即时速度反馈到单片机里，先由 PID 算法程序处理偏差,单片机根据处理结果再调整,传输信息,使舵机做出相应调整，更加平 稳快速的转弯行驶， 实现预测循迹功能。关键词：PID；循迹智能小车；STC89C52 单片机； L298NResearch on the Control Method of Robot Intelligent PredictionAbstract: This design theme is already practice at the present stage of smart car based
5、 on the development, the original is not so stable in running, add the prediction function to make it more steady and rapid. There are mainly four modules, respectively is control module, information collection module, drive module and feedback module. Information acquisition module for the black li
6、ne traffic detection. Control module mainly adopts STC89C52 microcontroller to control chip. Motor drive module adopts special motor L298N drive chip, make the whole system has better stability. Feedback module is mainly composed of hall sensor and single-chip computer and information acquisition mo
7、dule. Information acquisition module of traffic information collected into the STC89S52 microcontroller, when the small car speed deviation or in turn, the hall sensor in the instant speed feedback to the single chip microcomputer, first by the PID algorithm processing deviation, monolithic integrat
8、ed circuit to adjust according to the results of the processing, transmission 2information, make the steering gear accordingly, more steady and rapid turning drive, realize forecast tracking function. 3Key Words: PID; Algorithm Smart Car; STC89C52 Microcontroller; L298N引言目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的
9、环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统 1。其中包括研究使用远程、无人的方法进行实现，如机器人、远程监等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。1. 绪论21 世纪循迹智能小车得到很快发展，在玩具
10、智能车以及其相关应用领域都有了实质性的跨越。智能车大致具有避障、循迹、检测贴片、避崖、寻光入库等基础性能，这几届的电子设计竞赛智能循迹小车在声控系统方面有了进步。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列 2。本设计具有预测功能，在原有出现偏差就调整的基础上，添加 PID 算法控制,在出现偏差时,先由 PID 算法处理偏差,再根据处理结果舵机进行相应的调整。用以避免小车在运行中出现误差和故障而不稳定，有一定的实用价值。通过这次设计，把自己所学习的理论知识与实践紧密结合在一起，从实践中加深对单片机的认识与理解，也从中找到理论的不足之处，具有一定意义。2. 方案设计与论证根据要求，方案确定在已经实践过
11、的智能车基础上，加装光电检测器和霍尔传感器，达到对智能车的方位、运行速度、实时运动状态的测量，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。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制预测，灵活、可靠、稳定，可满足对系统的各项要求 3。42.1 循迹模块小车循迹原理是小车在贴有黑胶带的地板上行驶，由于黑色和白色对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”黑线。该模块采用比较普遍简单的红外探测器。红外探测器，是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测
12、量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。 在这里我采用 TCRT5000 型光对管 4。 （电路图如图 1）图 1 红外对光管原理2.2 控制模块根据设计要求， ，此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了两种方案，并进行了对比论证。如下：（一）采用 PLC 作为主控系统，PLC 虽然性能稳定但是价格昂贵，为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。( 二 )整体系
13、统采用单片机来实现，对运行中的小车进行控制，依此达到特定的功能。对整体结构进行分析，最主要的还是小车的自动控制的实现，在这方面，单片机的优点就显现出来即快速、容易、易操作。如此，单片机可以发5挥出其相应的很多优势，廉价、较强的控制能力以及寻址能力。所以，这是一种比较符合的方案 5。根据该设计需要具有多开关量输入的复杂程序控制系统，擅长对多开关量处理的标准单片机，因此不能用简单 I/O 接口和小体积的程序存储器单片机，D/A、A/D 功能也没有必要选择。经过分析，我选定了 STC89C52 单片机(如图）作为本设计的主控装置，51 系列单片机具有功能强大的位操作指令，I/O 口均可按位寻址，程序
14、空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余。在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用 STC89C52 单片机的资源。2.2.1 STC89C52 简介STC89C52 单片机是利用 CMOS 工艺和高密度非易失性存储器制造而成，功能强、灵活性高、低电压、性能好、价格合理，封装如图，其内部结构如图2。图 2 STC89C52 封装STC89C52 的主要特性（1）8K 字节程序存储空间（2）512 字节数据存储空间6（3）内带 2K 字节 EEPROM 存储空间（4）可直接使用串口下载（5）AT89S52 单片机（6）8K 字节程序存储空间（7）256 字节数
15、据存储空间（8）自带 2KB 的 EEPROM 存储空间STC89C52 单片机属于 51&52 系列单片机,没有多大区别,只是内部多了一个EEPROM 空间 ,可以串口下载程序 ,指令执行速度快一倍。结构框图如图 3时钟电路中央处理器CPUROM RAM 定时/计算器ROM 串行接口 中断系统PP0 P1 P2 P3 TxD RxD INT0 INT1图 3 STC89C52 结构框图2.3 时钟模块设计时钟信号作为单片机各种操作时间基准，通常有两种方式：内部振荡方式和外部振荡方式。由于内部振荡方式得到的信号比较稳定，所以选择内部振荡。AT89C51 单片机内部的振荡器由高增益反相放大器构成，输入端为XTAL1,输出端为 XTAL2,在两端跨接石英晶体和电容 C1、C 2，就可以构成我们需要的稳定的自激振荡器了。振荡脉冲的频率范围为 fOSC=024MHz，在本次
