2010-2011 第二学期
光电传感技术
               
院系 电子工程学院光电子技术系
班级    科技越野车推荐0803班 
         
姓名　      熊浩     
济宁交警支队
学号      05082081   
班内序号　  10   
考核成绩　      　
基于光电传感器的自动循迹小车设计
摘要
新一代汽车研究与开发将集中表现在信息技术、微电子技术、计算机技术、智能自动化技术、人工智能技术、网络技术、通信技术在汽车上的应用。智能汽车是是现代汽车发展的方向。
  本系统采用光电传感器作为道路信息的采集传感器，单片机为控制系统的核心来处理信号和控制小车行驶。MC9S12系列单片机在汽车电子控制领域得到广泛应用。本论文是利用Freescale的MC9S12XS128微控制器对智能车系统进行设计。智能车系统设计包括硬件电路和控制软件系统的设计。
关键字： 智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID；

引言
自动循迹智能车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。
雪弗莱科鲁兹
除了特殊潜在的军用价值外，还因其在公路交通运输中的应用前景受到很多国家的普遍关注。近年来其智能化研究取得了很大进展，而其智能主要表现为对路径的自动识别和跟踪控制上。路径跟踪问题的研究正吸引着国内外计算机视觉、车辆工程与控制领域学者们越来越多的注意，得出了很多有意义的成果。这些方法可分为两类，即传统控制方法和智能控制方法。传统控制方法多建立在精确数学模型基础上，而自动引导车系统具有复杂的动力学模型，是一个非线性、时延系统，由于各种不确定因素的存在，精确的数学模型难以获得，只能采用理想化模型来近似，所得到控制律较为繁琐，给实际应用造成不便。随着近年智能控制论的兴起，一些智能控制方法如模糊控制，神经网络等逐步走向完善，尤其是模糊控制理论在很多地方显示出相当的应用价值，以此为基础，设计新概念的控制器受到人们很大关注。同时，人们也正考虑这在各种方面包括硬件和软件的综合技术开发和研究探索，智能车的技术将会趋于成熟并得到广泛的应用。
本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行存储，利用单片机控制智能车行进。本课题包括设计供电电路、时钟电路、复位电路、以及通信端口，传感器信号处理电路，电机驱动电路，以及相关控制和存储软件设计。本课题的综合性很强，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科
技创意性设计，这对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识等具有重要意义。 
随着汽车电子技术的飞速发展，汽车智能化技术正在逐步得到应用。汽车智能化技术使汽车的操纵越来越简单,动力性和经济性越来越高，行驶安全性越来越好，这是未来汽车发展的趋势。而目前许多高校的学生和广大业余车模爱好者都在努力完成能自主识别道路并高速行驶的智能汽车，收集了汽车机械结构、自动控制以及单片机应用开发等各领域专家的论著，给出了车模的机械调整、控制系统硬件电路设计、软件仿真、控制策略以及单片机开发等多方面的指导性意见和建议。所以我们能够看到智能车研究将会有一个很广阔的前景和发展，各项新的技术也会不断地被应用于智能车的研究之中，而智能车的研究将会给未来的汽车带来非常大的变化，服务于人类。
相对于智能车设计的许多技术应用，本次设计的基于光电传感器的自动循迹智能车系统设计只是应用了其中的一些方面，还有许多技术有待于我们去创新和发展。总之，智能车研究发展的前景是广阔的，同样又充满着挑战的。
限号查询
一、系统硬件的结构
图2-3 系统硬件结构图
二、系统软件模块分析
图2-4 系统软件结构
从该结构图中可以看出，系统的软件模块主要有：
1. 单片机系统的初始化，包括单片机系统时钟的初始化、ATD模块的初始化、PWM模块的初始化、增强型时钟模块的初始化，还有一些输入输出口的初始化；交通信号灯黄灯亮时
2. 光电信号的采集：通过对红外接收管接收道路反射的红外光后产生电压的变化，采集到
了有效的智能车位置信号。
3. 光电信号的处理：将采集到的电压信号存储在单片机中，通过对光电信号的分析和判断来识别路径，判断黑线中间位置，判断道路是直线还是曲线，以及通过计算判断出曲线的斜率，从而进一步的控制舵机的转角和驱动电机的转速。
4. 舵机转角的控制和电机转速的控制：通过控制PWM口的信号输出可以实现对舵机转角和轮速的控制
5. 霍尔轮速传感信号的输入：通过对输入信号的捕捉和计算实现对驱动电机的转速的测算。
三、路径识别模块和测速检测模块
路径识别模块
路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。本设计采用的是光电传感器实现智能车路径识别功能。所谓光电传感器寻迹方案，
即路径识别电路由一系列发光二极管、接收二极管组成，由于赛道中存在轨迹指示黑线，落在黑线区域内的光电二极管接收到的反射光线强度与白的赛道不同，由此判断行车的方向。
停车技巧图解光电传感器
光电传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量的变化,从而实现非电量的测量。光电传感器的基本组成如下：
     
图5-1 光电传感器的基本组成