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摘 要

光电智能循迹小车结合了机械、自动化、传感技术、光电子、计算机等多种专业。为了设计出能够应对不能环境的智能小车，首先要实现小车既快速又安全稳定地循迹的功能。

循迹小车以飞思卡尔K60单片机为核心，通过光电传感摄像头来确定小车位置与运动轨迹，将其转化成电压信号传送给单片机。单片机根据预先编好的程序处理，计算出小车所需的速度和转角，通过PWM信号控制电机和舵机，使之达到相应的要求。利用PID算法可以对电机转速和舵机角度进行调节，实现小车的闭环控制，让小车能自主沿着指定路线运动。

小车需要经过不断测试和调整，才能确定各个参数，实现自主循迹的功能。

关键词：智能车 光电传感器 K60单片机 脉宽调制 比例-积分-微分控制

Abstract

Photoelectric intelligent tracking car combines mechanical, automation, sensing technology, optoelectronics, computer and other specialties. In order to design a smart car that can cope with the environment, the first step is to realize the fast and safe tracking function of the car.

The tracking car is centered on freescale K60 microcomputer. The position and trajectory of the car are determined by the photoelectric sensing camera, which is converted into a voltage signal and transmitted to a single chip microcomputer. According to the preprogrammed procedure, the single-chip microcomputer can calculate the speed and Angle of the car, and control the motor and the servo through PWM signal to achieve the corresponding requirements. The PID algorithm is adopted to help regulate the motor speed and servo Angle, and realize the closed-loop control of the car, so that the car can move along the designated route independently.

The car needs to be continuously tested and adjusted to determine each parameter and realize the function of self-tracking.

Key Words:smart car; photoelectric sensor;Kinetis-K60;PWM;PID.

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2发展历史及现状 1

1.3设计方案 2

1.3.1总体框架设计 2

1.3.2循迹方案 3

第二章 硬件电路设计 4

2.1 单片机系统模块 4

2.2 循迹模块 5

2.3 电源模块 6

2.4 电机驱动模块 7

2.5 舵机控制模块 8

2.6 测速模块 9

第三章 软件电路设计 10

3.1 路径与信号的采集 10

3.2 控制算法 10

第四章 调试与总结 12

4.1 安装与调试 12

4.2 出现的问题 12

4.3 结论 12

附录 13

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1研究背景

机器人这一概念的提出以及对它的研究，最早出现于20世纪中期，那时美国就已经研发出了早期的机器人Elektro，他能实现一些简单的动作并能说出少量的词汇,他的出现使人们对机器人更加憧憬^[1]。计算机技术和人工智能技术自问世以来就受到了很大的关注，智能机器人也得以在短短几十年来不断实现功能和技术提高。如今，传感器和自动化技术得到了极大发展^[2]，机械、光电子、计算机等专业结合地越来越紧密，机器人技术已经发展到了一个相当高的水平。日本在前几年就已经制造出了能像人类一样流畅进行双足行走的机器人，并且该机器人还能进行自主学习，智力相当于人类6岁的儿童。而谷歌的AlphaGo战胜柯洁，以及前不久谷歌Assistant伪装真人与人类沟通时，对方无法察觉出与自己对话的是机器人，这些事件表明人工智能的发展已经达到了令人惊艳的高度。

人们的生活中也有很多地方开始运用起了智能机器人，如：代替人类在恶劣环境中工作或进行机械、重复工作的工业机器人；帮助人类保洁、提高人们生活质量的服务机器人；去到人类去不了的火山、深海、太空等地进行探测的探测机器人等等。人们也正致力于把人工智能更好地运用到机器人身上，两者的结合和发展是科技发展的必然趋势^[3]。

作为机械行业中的代表行业，汽车产业也开始越来越多地与电子产业结合，越来越智能化^[4]。而对于汽车智能化，自动驾驶技术一直都是一个比较热门的话题^[5]，很早前的影视作品中就出现了汽车无人驾驶的设想，现实中也有许多汽车实现了简单的自动驾驶技术，如定速巡航，自动泊车等。如果能完全实现汽车的智能化，就能有效解决拥堵、碰撞等交通问题。同时在一些特殊环境如消防、照明和医学领域，智能汽车都能有一席之地，相当有发展前景。汽车智能化是未来的发展趋势^[6]。光电智能循迹小车作为一种结合了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机、光电子技术等多个领域的典型智能机器人，可以看成缩略版的智能汽车，能在一定程度上代替智能汽车供人研究，节约研究成本，也简化了研究的过程。

1.2发展历史及现状

早在上个世纪50年代，国外就已经出现了智能机器人相关的研究，发展的过程中，主要有三个阶段^[7][8][9]。

第一阶段：20世纪50年代，人们对智能车的研究刚起步。美国在1954年首次研发出自主引导车系统AGVS。智能车最重要的特点：无人驾驶，也初步面世了。

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