智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目:智能小車(chē)品艮隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作學(xué)院：物理與電子科學(xué)學(xué)院班級(jí)：姓名：扌旨導(dǎo)教師：職稱：完成日期：年月日智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作摘要：現(xiàn)在，小車(chē)跟隨系統(tǒng)正處于研發(fā)與試用階段，它有著多方面的優(yōu)勢(shì)：一方面, 充分利用現(xiàn)有的道路資源，有效緩解交通阻塞；另一方面，可以大幅提高駕駛的 安全性，減少交通事故的發(fā)生。因而推廣和應(yīng)用小車(chē)跟隨系統(tǒng)已經(jīng)成為解決交通 問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。本文的主要研究丄作是設(shè)訃和制作智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括硬件及 軟件兩個(gè)部分。硬件部分包括控制電路，藍(lán)牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū) 動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。軟件部分主要包括通過(guò)編程使得小車(chē)按設(shè)定路徑

2、實(shí)現(xiàn) 前進(jìn)，左拐，右拐，加速，減速，并在小車(chē)前進(jìn)的過(guò)程中不斷調(diào)整小車(chē)所在位置 等功能。本文是以電動(dòng)小車(chē)為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍(lán)牙等。利用傳感器來(lái)有效地 確定小車(chē)詢進(jìn)路徑、小車(chē)所在位置等信息。單片機(jī)接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信 號(hào)并加以一定的算法來(lái)判斷兩個(gè)小車(chē)的狀態(tài)及其相互間距。最后通過(guò)藍(lán)牙來(lái)進(jìn)行 小車(chē)間的通信，從而控制兩個(gè)小車(chē)加、減速度來(lái)使得小車(chē)間距相對(duì)恒定。該智能 小車(chē)跟隨系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：自動(dòng)循跡；保持車(chē)距；緊急停車(chē)等。關(guān)鍵i司：智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)；藍(lán)牙通信；單片機(jī)；軟件設(shè)計(jì)1引言11.1研究背景及意義11.2智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀11.3研究?jī)?nèi)容12功能分析22. 1主控模塊22.2循跡模塊

3、32. 3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊32. 4電源模塊32. 5通信模塊33硬件設(shè)計(jì)33. 1主控硬件設(shè)計(jì)43.2循跡硬件的設(shè)計(jì)43. 3驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)53. 4電源硬件設(shè)計(jì)53.5藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)63. 6本章總結(jié)64軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)64. 1概述64.2軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)74.3主要模塊的實(shí)現(xiàn)84. 3. 1循跡流程圖84. 3. 2電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖84. 3.3位置判斷流程圖104. 3.4藍(lán)牙通信流程圖114.4本章小結(jié)115系統(tǒng)功能測(cè)試115. 1系統(tǒng)功能測(cè)試125. 2測(cè)試結(jié)果分析136結(jié)論與展望136. 1結(jié)論136.2展望13參考文獻(xiàn)14致謝151引言1.1研究背景及意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市

4、的人口不斷增加，從而城市的交通壓力也越來(lái)越 大。在中國(guó)的一些大中型城市，山于嚴(yán)重的堵車(chē)問(wèn)題，上、下班路途中所消耗的 時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)。此外，近些年來(lái)，交通事故頻繁發(fā)生，這已經(jīng)危害到 了許多人的生命和財(cái)產(chǎn)。因此，想要解決交通問(wèn)題已經(jīng)不能僅僅依靠交通管理部 門(mén)，更需要從科技的角度來(lái)解決這一問(wèn)題。幸運(yùn)的是，在最近兒年傳感器、單片 機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，受此影響，智能小車(chē)跟隨技術(shù)正在逐步從可能轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)。智能 小車(chē)跟隨技術(shù)是指通過(guò)車(chē)載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，通過(guò)現(xiàn)代通信技術(shù)使車(chē)間進(jìn) 行通信，同時(shí)加以一定的算法分析，使得后車(chē)緊跟前車(chē)行駛。這一特點(diǎn)使得它具 有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，充分利用道路資源，減少堵車(chē)事件發(fā)生

5、的概率。此外，它還 能夠在行駛過(guò)程中探測(cè)可能發(fā)生危險(xiǎn)事故，山于計(jì)算機(jī)有著比人腦更快的反應(yīng)速 度，從而能夠避免交通事故的發(fā)生。1.2智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀智能車(chē)輛的發(fā)展過(guò)程可以分為以下三個(gè)階段：笫一階段：20世紀(jì)50年代。在這一時(shí)期，人們剛剛開(kāi)始接觸研究智能車(chē)輛。 盡管這一時(shí)期的智能小車(chē)系統(tǒng)僅能在一個(gè)固定的軌道上運(yùn)行，自動(dòng)化水平比較 低，但已經(jīng)符合智能車(chē)輛的基本要求。第二階段：80年代中后期。在這一階段，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感器技術(shù) 的不斷發(fā)展，智能車(chē)的研究有了較大的進(jìn)展，尤其在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，取得了巨大 的進(jìn)步，促使智能車(chē)輛不斷深入各個(gè)實(shí)用領(lǐng)域。笫三階段：90年代至今，智能車(chē)輛的研究取得了更快的發(fā)展。

6、尤其是近些 年來(lái)，隨著各個(gè)國(guó)家在智能車(chē)輛的研究之中投入的人力、財(cái)力不斷加大，智能小 車(chē)的發(fā)展越來(lái)越快。如今，智能車(chē)輛已經(jīng)不僅僅局限于科學(xué)研究和工廠使用，它 也不斷地走入了許多人的日常生活中。1.3研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是基本AT89S52單片機(jī)的，通過(guò)藍(lán)牙使兩個(gè)智能電動(dòng)車(chē)相互通信來(lái)組 成智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)。設(shè)訃的主要內(nèi)容是對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行硬件電路與軟件的設(shè)訃。 其中硬件電路主要包括控制電路，藍(lán)牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動(dòng)電路, 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。其中，AT89S52單片機(jī)作為侮個(gè)小車(chē)的控制核心，控制著電動(dòng) 車(chē)的各個(gè)模塊正常工作，并通過(guò)編程使得小車(chē)按照預(yù)定路徑實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左拐，右 拐，緊急停車(chē)，加速，減速等

7、功能。本設(shè)計(jì)是以電動(dòng)小車(chē)為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍(lán)牙等。利用傳感器來(lái)有效 地確定小車(chē)前進(jìn)路徑、小車(chē)所在位置等信息。單片機(jī)接收并處理傳感器所產(chǎn)生的 信號(hào)并加以一定的算法來(lái)判斷各個(gè)小車(chē)的狀態(tài)及其相互間距。最后通過(guò)藍(lán)牙來(lái)進(jìn) 行小車(chē)間的通信，從而控制各個(gè)小車(chē)加、減速度來(lái)使得小車(chē)間距相對(duì)恒定。綜上所述，本設(shè)計(jì)中整個(gè)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能相對(duì)較高。主要采用如下 技術(shù)：首先是選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。利用傳感器?lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車(chē)位置并傳送給單片 機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳感器所傳回的信息來(lái)控制小車(chē)的兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)循跡行走 功能。其次，利用藍(lán)牙設(shè)備在兩個(gè)小車(chē)之間進(jìn)行通信，由其中一個(gè)小車(chē)的單片機(jī) 來(lái)判斷兩小車(chē)的相對(duì)位置，從而產(chǎn)生

8、控制指令，來(lái)改變小車(chē)的行駛速度。2功能分析根據(jù)設(shè)訃內(nèi)容的要求，釆用基于單片機(jī)的控制方式，使用藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。 圖2-1為系統(tǒng)框圖。圖2-1系統(tǒng)框圖2.1主控模塊前，具有人工智能的電子產(chǎn)品、設(shè)備通常采用的控制器都是單片機(jī)?，F(xiàn)在 市場(chǎng)上的單片機(jī)廠商很多，單片機(jī)種類也不盡相同，功能更是各具特色。本文設(shè) 計(jì)的是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，無(wú)需采用一些特殊功能的單片機(jī)。因此，根據(jù) 實(shí)際條件，最終選擇在兩輛小車(chē)上各搭載一片ATMEL公司的AT89S52芯片作為每 個(gè)小車(chē)的主控器件。圖2-2為AT89S52控制原理圖。圖2-2 AT89S52控制原理圖2. 2循跡模塊循跡裝置類型選擇：釆用集成QTI傳感器DM

9、-S53401,它是一種通過(guò)光電接 收管來(lái)探測(cè)其下表面反射光強(qiáng)度的傳感器。根據(jù)反射光強(qiáng)度的不同，從而導(dǎo)致傳 感器輸出的變化。山于它的體積較小、具有日光過(guò)濾器，因而在小車(chē)中使用性能 較好。循跡硬件數(shù)U選擇：采用4路QTI傳感器循跡。在小車(chē)行駛過(guò)程中，根據(jù)軌 道的設(shè)計(jì)，小車(chē)會(huì)遇到直行或左、右拐彎的路段，因而可以使用中間2路來(lái)判斷 小車(chē)與直行道的相對(duì)位置，而用外側(cè)2路來(lái)判斷小車(chē)是否在拐彎路段。因此，4 路循跡可以完成任務(wù)的要求，且設(shè)備數(shù)目最少。2. 3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)選擇：采用直流伺服電機(jī)，它主要通過(guò)接收脈沖來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。相比于步進(jìn)電 機(jī)，直流伺服電機(jī)有著一定的優(yōu)勢(shì)：精度更高，克服了步進(jìn)電機(jī)中的失步問(wèn)題；

10、 高速性能好；抗過(guò)載能力強(qiáng)；運(yùn)行穩(wěn)定；反應(yīng)時(shí)間短；發(fā)熱和噪聲都有著明顯的 降低。2. 4電源模塊電源選擇：采用干電池組加移動(dòng)電源共同供電，即在采用4節(jié)1.5V干電池 通過(guò)穩(wěn)壓?jiǎn)卧抵?V后給單片機(jī)及其他設(shè)備（如傳感器、電機(jī)等）供電的基礎(chǔ) 上，增加一個(gè)移動(dòng)電源同時(shí)供電。一方面，可以保證小車(chē)電壓穩(wěn)定，設(shè)備正常運(yùn) 行而不會(huì)斷電。另一方面，也不像蓄電池所占體積那么大，安裝相對(duì)容易。 2.5通信模塊通信設(shè)備選擇：采用藍(lán)牙裝置進(jìn)行通信。盡管相比紅外通信，它的成本相對(duì) 較高。但其有著諸多特有的優(yōu)點(diǎn)：通信距離相對(duì)較長(zhǎng)，一般在10米左右，且可 以轉(zhuǎn)彎，不用對(duì)準(zhǔn)。傳輸速度快，且可以加密，更加安全。3硬件設(shè)計(jì)3.1

11、主控硬件設(shè)計(jì)對(duì)于每個(gè)小車(chē)而言，主控電路的核心器件為AT89S52單片機(jī)，通過(guò)此單片機(jī) 來(lái)控制小車(chē)完成預(yù)計(jì)的功能。其中，小車(chē)的啟動(dòng)、復(fù)位、斷電都需要手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái) 控制。山QTI循跡模塊組成的循跡電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不斷判斷小車(chē)的位置，并 將檢測(cè)到的信息發(fā)回給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，發(fā)送PWM波給電機(jī)，從而控 制小車(chē)速度、啟停、轉(zhuǎn)彎、直線行駛等。除此之外，兩個(gè)小車(chē)的單片機(jī)還都需要 連接一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，用于在兩個(gè)單片機(jī)之間傳遞信息。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。調(diào)速模塊電源循跡裝SP1. 4 F1.3 P1. 2 Pl. 1 P1.0 JK：氏C P0. 0 P0.1 P0. 2 P0. 3P1.5P0.4P

12、1.6P0.5P1.7P0.6R?rP0.7P3.0ea/vppNCATB9S52KCP3.1ALE/FROGP3.2FSSP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5F2.5P3. 6P3.7 XTAL2 ITALi GND NC P2.0 P2. 1 P.2. 2 P2.3 P2. 4圖3-1主控電路連接圖3. 2循跡硬件的設(shè)計(jì)山于本設(shè)訃在循跡模塊中采用的是集成的QTI循跡模塊，故循跡裝置內(nèi)部電 路無(wú)需再重新設(shè)訃,僅需將集成的QTI循跡模塊正確連入AT89S52單片機(jī)中集可。 具體電路連接圖見(jiàn)圖3-2。圖3-2 QTI設(shè)備連接圖3. 3驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)電機(jī)選擇：釆用直流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)具有如下特

13、點(diǎn)：它在接收到一個(gè) PWM波形脈沖時(shí)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度，通過(guò)不斷接收脈沖就可以使得小車(chē)持續(xù)運(yùn) 動(dòng)。對(duì)于本設(shè)計(jì)所選用的電機(jī)而言，當(dāng)接收到的脈沖是高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms 而低電平持續(xù)時(shí)間是20ms時(shí)，電機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)間保持不變，高電 平持續(xù)時(shí)間越接近1. 7ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)速越快，在1. 7ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針旋 轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大；反之，高電平持續(xù)時(shí)間越接近1. 3ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)速越快, 在1.3ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大。在小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，單片機(jī)AT89S52通過(guò)Pl. 1和P1. 2 口發(fā)送脈沖波形來(lái)分 別控制左右電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即將左右電機(jī)分別與P1.1和P1.2 口相

14、連即可。3. 4電源硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的單片機(jī)所需的供電電壓為+5V工作電壓，而電路板的設(shè)計(jì)是采用 6-9V的直流電輸入，再通過(guò)穩(wěn)壓芯片來(lái)為單片機(jī)輸入5V的工作電壓。每節(jié)干電 池所提供的電壓為1. 5V,采用4節(jié)干電池串聯(lián)后可以得到直流電輸入口所要求 的最小電壓6V。因此，選擇4節(jié)干電池串聯(lián)后接入單片機(jī)的供電口。此外，由于干電池所供電壓并不穩(wěn)定，容易造成小車(chē)傳感器、藍(lán)牙等設(shè)備的掉電，從而影 響小車(chē)的正常工作，故再額外通過(guò)USB-ISP線將輸出為5V的移動(dòng)電源連接至小 車(chē)的ISP下載口即可。3.5藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中兩輛小車(chē)需要在一定情況下進(jìn)行通信，因而需要使用一個(gè)近距離的 無(wú)線通信裝置。

15、在本設(shè)計(jì)中，選用藍(lán)牙通信裝置HC-05來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。HC-05的 引腳原理圖如如圖3-3所示。UART_TXD UAPfSHEIU1BCMHC-05UART.TXDU.fRXDCTS悠POf.CLKPCKOUTPCMJN pchIync匸1TE1334esUZ圖3-3藍(lán)牙引腳原理圖此藍(lán)牙在配對(duì)成功后的使用方法與串口的使用方法一樣，故同樣是將藍(lán)牙接 口 TXD、RXD分別連至單片機(jī)的P3. 0、P3. 1 口，VCC接高電平，GD接地即可正 常使用。3. 6本章總結(jié)本章主要分析了小車(chē)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能所需的硬件設(shè)備，硬件選擇，硬件設(shè)備連 接等問(wèn)題，主要包括主控硬件、循跡硬件、驅(qū)動(dòng)硬件、電源硬件、藍(lán)牙硬

16、件等, 通過(guò)對(duì)硬件的分析與設(shè)計(jì)，為小車(chē)能正常運(yùn)行做好的硬件方面的準(zhǔn)備工作。4軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1概述在基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了要對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)訃外，還要對(duì)系統(tǒng)的 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)之中，大量的執(zhí)行工作需要對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，這一工作 對(duì)于系統(tǒng)而言尤為重要。在編寫(xiě)程序時(shí)，要注意一下兒點(diǎn)要求：1實(shí)時(shí)性，即軟件反應(yīng)、執(zhí)行速度快。2. 程序簡(jiǎn)練，即要求既要完成LI標(biāo)，乂要以最簡(jiǎn)潔的方式表述出來(lái)。3. 程序的靈活性與可拓展性，即程序擁有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在功能需要拓展 時(shí)可以方便的修改。4. 可幕性，即在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)檐浖矫娴墓收隙斐傻南到y(tǒng)錯(cuò)誤盡可 能的少。此外，在用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，

17、具體步驟如下：1明確要求，確定軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能。2. 分析具體問(wèn)題，建立數(shù)學(xué)模型。3. 繪制出各個(gè)程序模塊的流程圖。4. 將各個(gè)程序組合在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的程序。最后，在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)注意一下兒點(diǎn)要求：1各個(gè)功能、模塊盡量層次化。2. 存儲(chǔ)空間合理，節(jié)省內(nèi)存。3. 軟件流程要合理，軟件布局要清晰。4. 2軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)釆用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)分成五 大模塊，包括主程序模塊、循跡程序模塊、電機(jī)程序模塊、藍(lán)牙通信程序模塊、 位置判斷程序模塊等，依次設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu)和各個(gè)模塊的軟件結(jié)構(gòu)，最后 再將其匯總成為一個(gè)完整系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示

18、。圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖4. 3主要模塊的實(shí)現(xiàn)4. 3. 1循跡流程圖循跡流程圖如圖4-2所示。（ 開(kāi)始 ）接受四路QTI循跡裝蜃產(chǎn)生的信號(hào)0011L1100310010D行駛岀錯(cuò)，小車(chē)停車(chē)檢測(cè)定位信息，計(jì)數(shù)自加后直行小車(chē)嚴(yán)重偏左，右輪不轉(zhuǎn)左輪轉(zhuǎn)小車(chē)嚴(yán)重偏右，左輪不轉(zhuǎn)右輪轉(zhuǎn)遇到左轉(zhuǎn)彎，左輪不轉(zhuǎn)右輪轉(zhuǎn)遇到右轉(zhuǎn)彎，右輪不轉(zhuǎn)左輪轉(zhuǎn)小車(chē)略微偏左，左輪稍加速小車(chē)略微偏右，右輪稍加速小車(chē)行駛狀況正常，繼續(xù)行駛圖4-2循跡流程圖小車(chē)在啟動(dòng)后會(huì)直接進(jìn)入循跡路段，正常直行情況下，有且只有中間兩路QTI裝置（中左與中右）將能夠探測(cè)到黑線。而在執(zhí)行前進(jìn)過(guò)程中，會(huì)因?yàn)橐恍┮?素而造成略微偏離軌道，此時(shí)，小車(chē)的中間兩路

19、QTI裝置可能將會(huì)存在其中一路 脫離黑線。此時(shí)，則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出調(diào)整指令，改變小車(chē)的行駛狀態(tài)，使其回歸 黑線中央行駛。當(dāng)小車(chē)來(lái)到拐彎路段時(shí)，外部?jī)蓚€(gè)QTI裝置（左與右）將會(huì)探測(cè)到 黑線，表明小車(chē)來(lái)到拐彎路段，則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出調(diào)整指令，改變小車(chē)的行駛狀 態(tài)，使其完成拐彎任務(wù)。而當(dāng)小車(chē)到達(dá)定位處時(shí)，四路QTI循跡裝置將全部探測(cè) 到黑線，此時(shí)則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出訃數(shù)自加指令后使小車(chē)?yán)^續(xù)向前行駛。4. 3. 2電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖如4-3所示。檢測(cè)到定位點(diǎn)或中斷發(fā)生計(jì)算兩個(gè)小車(chē)各自共檢測(cè)到的定位點(diǎn)數(shù)之差圖4-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能流程圖在兩個(gè)小車(chē)進(jìn)行通信時(shí)，按照預(yù)期，隨著兩個(gè)小車(chē)的位置變化，兩個(gè)小車(chē)的 行

20、駛速度也應(yīng)該隨之變化。在此設(shè)計(jì)中，整個(gè)軌道共有8個(gè)定位點(diǎn)。對(duì)于小車(chē)A, 速度變化是從檢測(cè)到定位點(diǎn)時(shí)開(kāi)始的，所以小車(chē)A的驅(qū)動(dòng)流程圖應(yīng)從檢測(cè)到定位 點(diǎn)開(kāi)始。而對(duì)于小車(chē)B,速度變化是在中斷中產(chǎn)生的，所以小車(chē)B的驅(qū)動(dòng)流程圖 應(yīng)從中斷中開(kāi)始。此外，本設(shè)計(jì)的要求是使小車(chē)B跟隨小車(chē)A行駛，使得小車(chē)A 與小車(chē)B的距離始終保持在大約等于兩個(gè)定位點(diǎn)間的距離。因此，想要確定兩個(gè) 小車(chē)的速度，首先要計(jì)算兩個(gè)小車(chē)距離。本設(shè)計(jì)是通過(guò)計(jì)算兩小車(chē)共檢測(cè)到的定 位點(diǎn)數(shù)之差來(lái)判斷兩個(gè)小車(chē)的距離。當(dāng)兩個(gè)小車(chē)所探測(cè)到的定位點(diǎn)數(shù)相差為1, 表示兩車(chē)距離適中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使兩車(chē)都快速行駛；當(dāng)兩個(gè)小車(chē)探測(cè)到的定位點(diǎn)數(shù) 相同，表示兩車(chē)距離過(guò)近，

21、驅(qū)動(dòng)電機(jī)使前車(chē)快速行駛而后車(chē)慢速行駛，從而拉大 兩車(chē)間距；而當(dāng)兩個(gè)小車(chē)所探測(cè)到的定位點(diǎn)數(shù)相差大于1,表示兩車(chē)距離過(guò)遠(yuǎn)， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)使前車(chē)慢速行駛而后車(chē)快速行駛，以此來(lái)縮短兩車(chē)距離。另外，前車(chē)發(fā) 生故障時(shí)，應(yīng)使得后車(chē)在與其距離過(guò)近時(shí)自動(dòng)停車(chē)，防止出現(xiàn)兩車(chē)相撞的情況。4. 3. 3位置判斷流程圖位置判斷流程圖如圖4-4所示。圖4-4位置判斷流程圖本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)小車(chē)需要構(gòu)成一個(gè)協(xié)作的系統(tǒng)平臺(tái)，因此，需要不斷地判斷 自己的位置。在此設(shè)計(jì)中，在完整軌道中平均選擇了 8個(gè)定位點(diǎn)，在小車(chē)途經(jīng)這 8個(gè)定位點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)選擇一個(gè)變量來(lái)計(jì)算小車(chē)在行駛過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)， 從而來(lái)大致判斷小車(chē)的所在位置。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到8時(shí)

22、，表示小車(chē)已經(jīng)運(yùn)行了一整圈 回到出發(fā)點(diǎn)，故計(jì)數(shù)清零。軌道圖如圖4-5所示。圖4-5軌道圖4. 3. 4藍(lán)牙通信流程圖在本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)小車(chē)要通過(guò)相互協(xié)作來(lái)構(gòu)成一個(gè)智能小車(chē)系統(tǒng)，因此，在 小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，兩小車(chē)需要在必要的時(shí)刻相互通信并發(fā)送指令。在此系統(tǒng)中， 小車(chē)A為整個(gè)系統(tǒng)的中樞，一切信息要在小車(chē)A的單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算處理，再將 控制命令山小車(chē)A發(fā)岀。藍(lán)牙通信流程圖如圖4-6所示。圖4-6藍(lán)牙通信流程圖4. 4本章小結(jié)本章首先介紹了針對(duì)軟件設(shè)計(jì)的要求、過(guò)程等注意事項(xiàng)，然后系統(tǒng)的介紹了 針對(duì)本設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案、思路，并列出了各個(gè)主要模塊的設(shè) 計(jì)流程圖。5系統(tǒng)功能測(cè)試在完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與

23、制作后，必須要對(duì)所設(shè)訃的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)測(cè)試，檢測(cè)需要單片機(jī)所完成的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。5.1系統(tǒng)功能測(cè)試測(cè)試過(guò)程中，首先依次對(duì)各個(gè)小車(chē)進(jìn)行單獨(dú)的模塊功能測(cè)試，然后再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的功能測(cè)試。即首先分別對(duì)小車(chē)A、小車(chē)B進(jìn)行單獨(dú)循跡功能的測(cè)試，查看小車(chē)A、B的性能。然后再將小車(chē)A、B通過(guò)藍(lán)牙連接相互通信，測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的性能。小車(chē)A循跡功能單獨(dú)測(cè)試，結(jié)果如表5-1所示。表5-1小車(chē)A循跡測(cè)試結(jié)果12345678第一圈完成完成完成完成卡頓完成完成完成第二圈完成卡頓完成完成完成完成完成完成第三圈完成完成完成完成完成完成完成完成第四圈完成完成完成完成卡頓完成完成完成第五圈卡頓完成完成完成完成完成完成完成小

24、車(chē)B循跡功能單獨(dú)測(cè)試，結(jié)果如表5-2所示。表5-2小車(chē)B循跡測(cè)試結(jié)果12345678第一圈完成完成完成完成卡頓完成完成完成第二圈完成完成完成完成完成完成完成完成第三圈完成完成完成完成完成完成完成完成第四圈完成完成完成完成完成完成完成完成第五圈完成完成完成完成完成完成完成完成系統(tǒng)性能測(cè)試,結(jié)果如表5-3所示。表5-3系統(tǒng)功能測(cè)試結(jié)果第一圈運(yùn)行正常第二圈運(yùn)行正常第三圈小車(chē)A在定位點(diǎn)3處連續(xù)探測(cè)到2次定位標(biāo)志,造成出錯(cuò)第四圈運(yùn)行正常第五圈運(yùn)行正常5. 2測(cè)試結(jié)果分析小車(chē)A在運(yùn)行過(guò)程中，由于傳感器、電機(jī)等設(shè)備問(wèn)題，有時(shí)會(huì)造成中途卡頓, 導(dǎo)致小車(chē)無(wú)法正常運(yùn)行，但總體結(jié)果基本正確，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。小車(chē)B與

25、小車(chē)A相比，運(yùn)行較為流暢，基本可以正常運(yùn)行，很少會(huì)出現(xiàn)故障, 達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)，除了小車(chē)偶爾發(fā)生的卡頓意外，基本不會(huì)造成其他 故障，基本可以達(dá)到預(yù)期的效果?？傮w而言，主要是由于傳感器并不精確，在室內(nèi)光線、太陽(yáng)光等燈光的影響 下，偶爾會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行出現(xiàn)故障。但從整體來(lái)看，基本功能都可以正常實(shí)現(xiàn)，不影 響觀測(cè)結(jié)果，系統(tǒng)基本能夠正常運(yùn)行。6結(jié)論與展望6. 1結(jié)論在本設(shè)計(jì)中，A、B兩個(gè)小車(chē)的控制核心都選用的是AT89S52單片機(jī)，這使 得小車(chē)具有較好的穩(wěn)定性和持續(xù)性。循跡裝置選擇的是體積小、功耗低、應(yīng)用方 便、集成度高的QTI傳感器DM-S53401o電機(jī)選擇的是兩輪獨(dú)立的直流伺服電機(jī),

26、 通過(guò)控制兩個(gè)輪不同的轉(zhuǎn)速來(lái)改變方向。車(chē)間通信選擇的是藍(lán)牙通信裝置 HC-05,它具有較高的可靠性，可以保證兩車(chē)順利的完成通信功能。在小車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中，利用QTI傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車(chē)的路面信息，單片機(jī) 接收并處理傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)，將運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給電機(jī)，使得小車(chē)正常行 駛。此外，兩個(gè)小車(chē)還通過(guò)藍(lán)牙裝置進(jìn)行車(chē)間通信，并根據(jù)兩車(chē)的狀態(tài)調(diào)整小車(chē) 的運(yùn)動(dòng)狀況。該系統(tǒng)最終能夠完成的功能有：循跡、變速、保持兩車(chē)間距穩(wěn)定、 緊急停車(chē)。6.2展望本智能小車(chē)系統(tǒng)最主要的前景是運(yùn)用到無(wú)人駕駛汽車(chē)上。一方面，可以通過(guò) 小車(chē)系統(tǒng)的車(chē)間通信規(guī)劃行車(chē)路徑，充分利用現(xiàn)有的道路資源，提高道路利用率, 減少堵車(chē)事件的發(fā)生；另一方面，還通過(guò)安裝各種傳感器感知路面狀況來(lái)避免交 通事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn):11李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用.第二版，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.