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摘 要

本文基于Plastid2仿真平台的实现光电探测的智能赛车的仿真。文章先介绍本文研究意义和现状，并介绍光电智能循迹原理和PID控制算法。Plastid2仿真软件赛车的赛道设计，赛车设计和控制策略（即算法）三个方面的考虑，结合现实情况下赛车运作原理，在以上三个方面制定方案，通过仿真验证，从而完成了一个完整的智能赛车仿真。在赛道设计中设计循线智能车模型和封闭赛道。在控制策略上通过使用VC编写智能车循线控制算法，并对几种控制程序进行比较如重点采用PID控制电机和PD控制舵机，能够使智能汽车快速和精确循迹。实验结果表明，与传统方法相比基于反馈控制的 PID 控制算法，智能车的快速性、稳定性明显改善，从而验证了算法的可行性。

关键词： Plastid2；光电；红外；智能赛车仿真；赛道设计；赛车设计；PID；传感器布局

Algorithm design and implementation of Photoelectric line-guided intelligent vehicle

Abstract

In this paper， the design of intelligent vehicle based on Plastid2 realize algorithm. First of all， the paper introduces the significance， status of intelligent vehicle， the photoelectric principle and PID algorithm. A complete intelligent car design is finished through plastid2 track design， car design and control method. In addition， and the racing track model design is introduced. The system is designed based on the CodeWarrior software platform which program with C and compilation language. In this paper， The PID algorithm and the indirect PD algorithm are utilized on the servomotor and the motor-drive respectively by compared several kinds of control program. The experimental results show that different traditional methods， using PID control algorithm based on feedback controls， its rapidity， stability are obviously improved.

Key Words: Plastid2; photoelectric; intelligent car simulation; track design; car design; PID; feedback controls

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究的目的和意义 1

1.2课题研究的国内外现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 1

1.3 智能车循迹种类 2

第二章 仿真软件设计 4

2.1 仿真软件 4

2.2赛道设计 5

2.3赛车设计 7

2.3.1赛车基本参数设计 7

2.3.2电机及舵机参数 8

2.4 光电传感器的性质 8

2.5 连续型光电传感器特性 9

2.6 曲率半径与智能车舵机夹角的计算 11

2.7 利用曲率已知实现快速过弯 13

2.8传感器具体的布局 15

2.8.1一字和八字布局 15

2.8.2多（双）排布局 16

2.8.3布局在仿真中的设计 17

2.8.4传感器的数量 18

第三章 控制策略 20

3.1 仿真中编程实现 20

3.1.1在VC6 中编写决策程序的函数说明 20

3.1.2各函数的说明 20

3.2 车模方向控制 21

3.2.1等间距调节 22

3.2.2分类调节 22

3.2.3PID调节 23

3.3 车模速度控制 25

3.4算法比较 26

第四章 结语 30

致谢 31

参考文献 32

附录一 33

附录二 34

附录三 34

第一章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

智能车是近些年来兴起的一门综合学科，集中了嵌入式、电子技术、计算机、自动控制等多学科，代表了机电一体化的最高成就。智能车在工业生产中常用来完成货物的运输，同时也被广泛用种植、餐厅、物流等其他行业上。其意义和价值在于：减少公路交通堵塞，节能减排，减少交通影响带来的损失，减少交通事故，促进了道路交通的飞速发展。在智能车的相关研究中，智能循迹控制技术是一个重要的研究领域。循线机器人对我们日常生活也有很大的帮助。比如在图书馆、餐厅等服务领域，它能够减轻工作人员的负担，比如说在图书馆，工作人员只需在控制液晶上选择想要其到达的地点，智能车就能自动的载着要分类的书籍到达相应的书架旁，而无需工作人员来回跑。

本文的仿真是清华大学针对全国大学生飞思卡尔智能汽比赛设计出来的，方便了各参赛队伍提供比利的仿真环境来验证自己的赛车方案。我们通过仿真可以实验采集并分析数据，验证出最佳方案，而不用考虑硬件装配设计和赛道的搭建。仿真结论可以在现实环境中实验，这样就可以节约时间，省去大量财力人力，也提高的实验的成功性。

1.2课题研究的国内外现状

1.2.1国外研究现状

上个世纪50年代初，美国Barrett Electronics公司世界第一台AGVS (Automated Guided Vehicle System)。1982年FMC公司具有障和跟踪识别的智能车。在2004年，美国的火星探测器“勇气”号和“机遇”号成功登上火星，它代表着当前世界上移动机器人的最高水平。2007年11月，日本东京推出了最新仿人型机器人Twenty-one，它功能全，操作灵活，运动范围广等优点，可以很方便对人进行服务，是一种复杂的机器人。

1.2.2国内研究现状

在我国，移动机器人的研究比西方国家较晚，国家“八六三”计划中遥控控制智能车的确定，标志着我国移动机器人的研究开始。1991年上海交通大学于制作的JTUWM机器人，通过模糊控制与神经网络控制，实现了机器人对角行走。国防科技大学设计研制出新型自动无人驾驶智能车。中国科学院于2003年成功研制的AGV和防爆机器人以及自行研发的全方位移动式机器人视觉导航系统"香港城市大学设计与研究的自动导航车和服务机器人。华中科技大学于2005年研制出的肢体移动机器人，基于模块化多足爬行实现了腿臂功能融合。哈尔滨工业大学于19年研制成功的导游机器人，此后2007年又研制出一种可以自主避障!自由行走，甚至可以与人简单对话的新型智能服务机器人等。近些年我国沈阳新松公司研发出迎宾展示机器人，这是这家自主研发的一款多功能机器人，它可以进行自主行走、避让、对话、跳舞、讲解等功能，用户可以通过触摸屏、语音、遥控器等多种方式与机器人交流，智能展示机器人可以广泛应用于政府办事大厅、展馆、餐厅酒店等公共场所。智能车智能程度的高低常被用来作为衡量一个国家控制技术水平的重要标准之一^[1]。

1.3 智能车循迹种类

路径识别总体分为三类：红外发射／接收管检测方式、电磁传感器检测方式和CCD摄像头检测方式^[9]。综合分析，本设计检测系统主要通过光电检测实现，即利用光电传感器对智能车的位置、行车状态进行测量。下文同时介绍了其它两种路径识别的工作原理。

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