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1、 智能小车PID运动控制系统设计学生姓名： 学生学号： 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 电子信息工程 指导教师： 助理指导教师： 二一五年五月1本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要本文主要介绍了智能小车控制系统的软硬件设计及开发过程。车模系统的简单工作原理是单片机收集红外传感器返回来的赛道信息，通过相应运算后，软件判断其有效性，结合控制算法控制随动舵机给出合理舵值，控制前轮舵机转向，单片机再给出合适的PWM波占空比以控制电机转速。 小车设计主要包括硬件电路设计和软件控制设计两大部分。此智能车系统采用模块化设计思想，完成了系统硬件电路的设计，其主要包括核心控制模块、电源管理模块、电机驱动
2、模块、舵机控制模块、车速检测模块、路径识别模块等。本系统以16位的微处理器AT89S52为控制核心，AT89S52微控制器是M68CHS12系列16位单片机中一种，其内部结构主要有单片机的基本部分和CAN的功能块部分组成。为了提高系统性能的运行，对控制策略转向、行驶速度策略控制及后轮驱动闭环PID算法控制策略等进行了详细的分析与详细设计。在此基础上，完成了该系统软件的具体方案设计和实现。关键词 模块化 PID 单片机 PWM本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTThis paper mainly introduces the hardware and software of t
3、he control system of intelligent car design and development process. The simple models system working principle is to collect infrared sensor mcu return circuit information, through the corresponding operation, the software judge its effectiveness, combining control algorithm with dynamic steering g
4、ear control, reasonable front wheel steering gear control rudder values steering,mcu and then presents the right PWM waves occupies emptiescompared to control motor speed.Car design includes hardware circuit and software control design of two parts. The smart car system adopts the idea of modular de
5、sign, complete the hardware circuit design, and its main including core control module, power management module, motor driver module, steering gear control module, speed detection module, path recognition module, etc.This system to MC9S12DG128 as control core, M68HC12 series MC9S12DG128 microcontrol
6、ler is one of 16 bit mcu, its internal structure is mainly a mcu basic parts and CAN function blocks parts. In order to improve the operation of the system performance, the steering control strategy and speed closed-loop control strategies and rear wheel drive strategy of PID control algorithm is a
7、detailed analysis and design. On this basis, completed the specific software system design and implementation. Keywords modular PID MCU PWMI本科毕业设计（论文） 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状、水平11.3 本课题的发展趋势31.4本课题的研究内容和任务41.4.1 本设计实现的技术指标41.4.2 本设计的创新点42 系统总体设计方案62.1总体方案设选择62.1方案论证73 系统的硬件设计93
8、.1单片机的选择与其性能分析93.1.1 单片机概述93.1.2 单片机AT89C52介绍93.2各模块电路设计113.2.1 时钟电路设计113.2.2 复位电路设计133.2.3 按键电路设计153.2.4 电机驱动电路153.2.5 显示电路设计163.2.6 测速电路设计184 软件设计204.1 程序仿真软件简介204.1.1 keil uVision4编程开发工具的简介204.1.2 软件仿真流程204.2 整体设计思想234.3 PID算法244.3.1 PID算法简介244.3.2 模拟PID264.3.3 数字PID274.4 PID控制算法的编程实现284.5 各模块程序2
9、94.5.1 按键模块设计294.5.2显示块程序设计305 组装与调试335.1系统组装335.2硬件调试335.3软件调试345.4软硬联调34结 论35参 考 文 献36附录A：程序代码37附录B：实物展示42致 谢431本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1 课题背景随着全世界范围内汽车的普及率提高，汽车极大地方便人们生活的同时也带来了一些问题，比如交通安全问题、城市交通堵塞和环境污染等。解决交通问题直接的办法是提高路网的通行能力。但是，就目前状况来看，汽车数量的快速增加已经导致已有的道路远远不能满足经济发展的需要，单纯地进行道路基础设施建设由于受土地，经济基础，时间等多重因素的
10、影响下，不可能解决全部交通问题，真正有效可行的方法是如何提高现有道路的容量和效率。在这样背景下，运用高新科技技术，将现有道路和车辆综合一起考虑，构造出智能交通系统来解决交通中发生的问题的思想就这样产生了。智能的交通系统是把先进信息的科技技术、数据的通讯以及计算机技术很有效地运用到整个管理体系和车辆建立起来的范围、全方位来发挥实时作用、准确、高效、先进的运输管理系统。智能车作为智能交通管理系统中的一种非常关键的技术，是一个由环境的感知性、规划的决策性、多等级的辅助驾驶等功能集于一体的操作系统，它集中运用计算机系统和现代传感系统、信息的融合、通信的系统、人工智能以及自动控制原理等技术，属于很典型的
11、高新技术综合体。然而，智能车的系统属于一个很复杂的系统，如何根据相关高新技术来实现智能交通系统运用，正处于高速发展和完善中。因而，利用先进交通技术构建的研究平台是非常有必要的。综上而言，通过车辆的智能化研究技术和开发，可以很好地提高车辆控制技术和驾驶水平，保障车辆的行驶安全与高效。不断地完善智能化车辆系统的研究，相当于延伸了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极大地提高道路交通安全性，并对构建智能交通系统有着非常重要的意义。1.2 国内外研究现状、水平世界科学界与工业设计界，拥有众多的研究机构在研发智能车辆，其中特别有代表性的智能车包括：美国NavLab系列智能车辆系统。该系统是由美国卡内基梅隆大
12、学机器人研究所研制的。NavLabV系统的车体采用Pontiac运动跑车。其传感系统包括视觉传感系统、差分GPS系统、光纤阻尼陀螺系统和光码盘系统。计算机系统包括1台SparcLx便携式工作站和l台HCII微处理器。工作站完成传感器信息处理融合、全局与局部路径的规划；HCU完成底层车体的安全和控制的监控。当前NaVLab系列己经发展到了NaVLab11。德国VaMoRs智能车系统。这个系统是由德国的国防大学和德国的汽车奔驰公司共同研制而成的。该车车体主要采用奔驰的500型轿车。传感器的系统主要包括有4小型彩色摄像机组成的两组主动式双目视觉系统、3惯性加速度的设计和角度的变化传感器、测速表和发动
13、机的状态测量仪等。执行机构包括由方向力矩电机、电子油门和液压制动器等。计算机系统由基于Transputer并行处理单元和2台PC-486组成的。用于图像特征的抽取、物体的识别、对象状态的估计、行为决策、控制计算、方向控制和信息通信、I/O的操作、数据库的操作、图形的显示等。两台PC-486主要用途是软件开发和人机交互、数据登录等。国内的智能车研究起步相对较晚，以及受经济条件的制约，在智能车的研究领域上与发达国家有着不小的差距，当前开展这些研究的单位主要是一些大学和高层科研机构，具有典型代表性的系统有：THMR系列的智能车辆管理系统。这个系统主要是由清华大学计算机系智能技术系统和国家重点试验室国
14、防科工委和国家863的计划帮助下研制而成的。THMII的车体主要选用BJl022的面包车改制而成。该车上主要由二维彩色摄像机、磁罗盘定位、GPS、超声等传感器共同集成而来的。计算机的主要系统采用了Sun Spark 01 两台、PC-486 一台和8098单片机多台。Sun完成的任务规划，根据地图的数据库等信息来进行全局规划，l台PC机来完成视觉的信息处理，另1台来完成局部的规划、反射的控制及系统的监控，多台8098来完成超声测量、位置的测量、车体方向控制的速度。控制系统多采用了多层次的“感知动作”行为控制以及基于模糊控制局部路径的规划和导航的控制。目前THMR系列已发展到THMR-V。南京大学JLUIV系列智能车辆系统。该系统主要是由吉林大学智能车辆课题组的国家自然科学基金、教育部博士基金等的资助下研制而成的。JUTI-Il型的智能车车载传感器主要有CCD摄的像机、三维的激光测距仪、GPS定位系统和远、近距离避障传感器，制动拉压力传感器、光电编码器等。计算机的系统采用了2台Pentium-II控制工业计算机，完成了车辆传感信息的获取、周围环境
