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摘 要

随着汽车技术的迅速发展，车辆控制技术取得很大的进步。运用计算机技术实现智能化是当今汽车技术发展的一个重要方向。近些年来，国内外研究机构和企业对无人车开展了一系列研究。无人车通过传感器感知周围环境，经主控计算机分析计算得出路径规划，最终通过控制速度及转向实现自主驾驶。本文论述了基于单片机控制的车速检测与控制系统的设计，从硬件和软件设计两个方面详细的介绍了系统的构成及工作原理。系统通过对无人车的实际运行证明利用光电编码器可以实现对智能车速度的实时检测，通过对理想速度的设置可以实现对智能车速度的控制，达到了本设计的目的。

关键词：无人车 速度检测与控制 光电编码器 单片机

Designation and implementation of the speed of numerical control system on the 2015 version of unmanned ground vehicles

Abstract

With the rapid development of automobile technology, vehicle control technology has made great progress. The use of computer technology to achieve intelligent vehicle become an important direction for the development of automotive technology. In recent years, domestic and foreign research institutions and enterprises carry out a series of research about unmanned vehicles. Unmanned vehicles through the sensors aware of their surroundings, through the host computer analysis and calculate to get the path planning. Finally, by controlling the speed and steering to achieve autonomous driving.This paper discusses the speed of micro-controller based detection and the control of system design,which is introducing in detail the composition and working principle of the system from hardware design and software design.System by the practical operation of unmanned vehicles proves that optical encoder can be used to realize the real-time detection of the intelligent vehicles speed and by the ideal speed setting can realize the control of intelligent vehicles speed to achieve the purpose of this design.

Key Words: unmanned vehicles;speed detect and control; optical encoder；micro-controller

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 智能车的研究背景及意义 1

1.2 国内外智能车研究概况 2

1.2.1 国外研究概况 2

1.2.2 国内研究概况 2

1.3 本文主要研究内容 3

第二章 无人车车速检测与控制原理 4

2.1 无人车车速检测方法 4

2.1.1 模拟式测量仪表—测速发电机 4

2.1.2 数字式检测方法 5

2.1.3 计数方法 7

2.2 无人车车速控制原理 7

2.2.1 PWM调速原理概述 7

2.2.2 PWM调速系统优势 7

第三章 系统总体设计 9

3.1 设计方案 9

3.1.1 采用的方案 9

3.1.2 总体设计 10

3.1.3 总体工作原理 10

3.2 光电编码器 10

3.2.1 光电编码器的速度反馈与控制技术 10

3.2.2 光电编码器的测速原理 11

3.2.3 常用的测速方法介绍 12

第四章 硬件系统设计及实现 14

4.1 硬件设计 14

4.2 单片机最小系统 14

4.3 液晶显示模块 15

4.4 系统电源 16

4.5 光电编码器电路 16

4.6 电机驱动模块 17

4.6.1 产品尺寸 18

4.6.2 电气参数 18

4.6.3 接口定义 19

4.6.4 接线方法 20

第五章 软件系统设计及实现 22

5.1 系统程序流程 22

5.1.1主程序流程 22

5.1.2 中断程序流程 22

5.2 光电编码器的测速 23

5.3 PID控制算法 24

5.3.1 位置式PID 25

5.3.2 增量式PID 25

5.3.3 PID参数整定 26

5.3.4 驱动电机的PID控制算法 26

5.4 PWM调速系统设计 27

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

参考文献 30

附录 32

实物图 32

利用光电编码器测速程序 32

致谢 40

第一章 绪 论

1.1 智能车的研究背景及意义

20世纪以来，汽车车辆已经成为当代最主要的交通工具，它为提高人们的生活条件水平和发展现代社会都做出了无与伦比的贡献，但另一方面它的快速增长又让现实生活面临了许多问题，比如：交通安全问题、环境污染问题、能源浪费问题等，其中交通安全方面的问题更加引人注目。中国平均每年有约10万人因交通事故导致死亡，可以说中国的交通安全问题引人深思。

道路交通系统包括了“人”、“车”、“路”三个部分，相较于其它的两个客观因素来讲，“人”的功能显得非常重要，它决定了车辆能否正常地行驶。据调查，每年导致交通安全事故发生的因素中有90%包含驾驶员这个因素，总而言之，因为“人”因素而导致发生交通事故的这个根本问题已经被全世界认同。例如：酒后驾驶、疲劳驾驶、违规驾驶等非常不好的驾驶习惯都是导致交通事故发生的重要因素。在现实社会中，只对驾驶员的不良驾驶习惯进行正确的引导与相应的惩罚是很难达到预定的效果的，因此要想彻底地解决这个问题，最有用的办法就是将“人”这个因素完全地摒弃。无人驾驶智能车的概念就是从这个理论中延伸出来的^[1]。

顾名思义，无人车就是一种透过计算机系统来达到无人驾驶的智能式车辆。它将“人”完全地从系统中摒弃，使“人”、“车”、“路”三部分组成的道路交通系统变为由“车”、“路”两部分组成，很大程度上减少了交通事故发生的概率，从而让交通安全方面的问题得到逐步的好转。除此以外，无人车对提高运输能力，实现军事现代化等都有着现实的意义。在工业生产中，无人车能够在极其恶劣的状态里搬运物品、检查和修理设备，使人类免于受难^[2]；在军事领域中，无人车能够安全地进行侦查等活动，避免了人类在进行此类活动时遭受危险侵袭；在民众生活方面，无人车被用作自动化系统，从而减少交通事故发生的频率，同时，它也为残疾人士提供了诸如智能轮椅和导盲车之类的协助；在科研领域，无人车可以被送到外星等极危险的环境里帮助人类进行侦查勘探的工作，引导人类向更深的科学领域不断进取^[3]。

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