广西大学学士学位论文

键技术。

根据道路信息的完整程度、路径跟踪标志等因素，智能车的路径跟踪技术主要分为基于机器视觉的路径跟踪、基于地图路径跟踪、基于特殊道路标志的路径跟踪以及基于感知器的路径跟踪等。

本课题就是要设计一种智能车，能够实时检测白色跑道上宽18cm的黑线，将路径信息传送到单片机内进行各种算法处理，对小车的直流电机和转向舵机进行控制。因此，其中的路径检测识别系统和控制器就是最重要的两部分，本文也即是围绕这两部分展开。

由于人体太复杂，人类的智能行为至今仍是一个谜，像生命科学中生物具有生命一样，今天我们知之甚少。而智能技术是用机器来模拟人的外在认识和思想行为的技术总称。目前，对于智能技术的研究，主要分为两大派：间接进化和直接进化。前者主要以符号主义的人工智能为代表；后者以计算智能技术为代表，包括神经网络技术、模糊技术、进化计算(遗传算法、进化策略、进化规划等)和基于个体的复杂系统的研究。前者采用自顶向下的技术路线，后者采用自底向上的技术路线。其实，人在处理问题时，两者是混合使用的。因此，两者的有机结合更恰当。对于智能小车来说，关键智能技术是自动规划技术和基于传感的智能。小车的智能行为包括知识理解、推测、感觉、认识、推理、归纳、推断、计划、反应、学习和问题求解等。涉及的领域包括图像理解、语音和文字符号的处理与理解、知识的表达和获取、学习和运动[6][7]。

1.5 本文所开展的研究工作

本文是以ST意法半导体有限公司的STM32F103ZET6为微处理器为核心控制单元，配以红外光电传感器为道路检测方案进行检测路径信息，对智能车进行实时控制。智能小车采用增量PID控制来实现小车的速度控制和转向舵机的控制。

具体的研究内容主要包括：

一、自动导引车的发展和研究情况。阐述了智能控制理论应用于智能机器系统的意义以及路径识别和控制器在智能车中的重要性。

二、智能小车硬件系统的设计。详细介绍了智能小车硬件电路的设计与

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实现。智能小车选择STM32F103ZET6最小系统开发板为核心控制单元，完成了电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、转向舵机模块、路径识别模块等功能模块的设计。

三、对PID控制、增量控制以及位置PID控制算法的原理和特点做了介绍，并给出了增量控制器的设计步骤。

四、智能车软件结构设计。对道路识别模块的进行构思和设计，运用模糊控制理论分别对智能小车的方向和速度进行控制。整车控制系统是研究内容的重点，其主要功能是完成对转向舵机及直流电机的控制，PID控制是一种非常成熟的控制方法，其在智能车辆控制领域有着很大的应用，但PID控制器的采样时间及各项系数对控制器调节能力影响很大，通过何种手段确定将是控制器研究的主要内容，经过大量试验最终确定了各个参数并通过了各类型路径的验证。

五、进行整个智能小车进行调试，不断的测试完善。

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第二章 硬件电路的设计

2.1 智能小车的总体设计方案

硬件电路设计是智能小车的基础，其设计的好坏，不仅直接影响到小车功能的实现与否，而且对软件系统的设计也起着决定性的作用。一种好的硬件电路设计方案，可以说对整个装置的设计有着事半功倍的效果[8]。作为能够自动识别道路运行的智能汽车，车模与控制器可以看成一个自动控制系统。它可分为传感器，信息处理，控制算法，执行机构四个部分。其中以微处理器为核心，配有传感器，执行机构及其驱动电路构成控制系统的硬件，信息处理与控制算法由运行在嵌入式处理器中的控制软件完成的。

智能小车的硬件部分以车模为载体，功能模块主要包括:电源模块、直流电机驱动模块、路径识别模块、速度检测模块、微处理器模块以及调试辅助模块。其中，转向伺服电机一般由CPU直接驱动。智能车系统以STM32F103ZET6为核心，为了使智能车能够快速行驶，单片机必须把路径的迅速判断、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。智能小车系统结构框图如图2.1所示。

硬件电路设计包括以下五个部分： （1）电源电路。为各个模块提供电源。

（2）路径识别模块。此模块的主要任务是通过传感器采集当前的道路信息，以方便智能小车根据道路情况做出实时处理。

（3）直流电机驱动。对模型车上的后轮直流电机进行驱动，直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段速度过快等问题。

（4）转向舵机驱动。对模型车上的舵机进行驱动，控制智能车车的方向和速度。转向伺服电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离路径。

（5）速度检测模块。由于实际路径存在多变性，为了使智能小车平稳地运行，智能小车采用速度闭环控制系统，速度检测模块能够修正速度误差，提高智能小车路径跟踪的准确性和实时性。

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硬件系统电路框图如下：

电源模块传感器模块ARM微处理器STM 32F103ZET6按键指示灯速度检测舵机电机驱动减速电机图2.1智能小车系统结构框图

以上模块是智能小车系统的核心模块，也是智能小车系统具备良好的性能的关键所在。而有些模块则对小车的行驶效果没有太大影响，它们只是为了增强系统功能而设计的模块，如电池监控模块，小车故障诊断模块，数据显示模块以及调试辅助模块，这些模块统称为小车系统的辅助模块，可在实际调试时选择使用。

2.2 微处理器的介绍

2.2.1 中央处理器STM32F103ZET6的介绍

STM32F103ZET6是意法半导体有限公司（ST）生产的，相比而言STM32F103ZET6功能更完善，资源更丰富，因此,我们使用STM32F103ZET6微控制器。STM32系列32位闪存微控制器使用来自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。Cortex-M3在系统结构上的增强，让STM32受益无穷；Thumb-2?指令集带来了更高的指令效率和更强的性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，对中断事件的响应比以往更

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