循迹小车轨迹控制的算法研究
摘 要寻迹小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的智能小车，智能小车的生产成本低、价格低廉，电路方面结构简单易懂，程序方面调试也方便。应为它有很强地趣味性，智能寻迹小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。同时在玩具的应用上深受小朋友的青睐。所涉及的主要技术是通过编程对汽车的速度进行控制，对相应传感器的数据进行有效运用，新的模块的有效使用。循迹小车路径识别的准确性,稳定性,实时性都有控制算法控制,在本文中用了PID控制算法来对直流电机的转速进行控制.
目 录
第一章 设计目的与意义 1
1.1课题研究目的意义? 1
1.2国内外发展状况? 2
第二章 系统设计 4
2.1系统设计任务 4
2.2设计的主要内容 4
2.3单片机选型 4
2.4 STM32F103单片机简介 4
第三章 电机PID控制理论 6
3.1 电机PID控制 6
第四章 硬件设计 9
4.1稳压电源 9
4.2STM32F103单片机最小系统 9
4.3电机驱动 10
4.4红外对管检测 11
4.5OLED显示模块 12
第五章 软件设计 14
5.1红外对管检测程序 14
5.2液晶显示模块 17
5.3电机控制 18
5.3.1电机方向控制函数 18
5.3.2PID控制函数 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 23
附录B 25
第一章 设计目的与意义
1.1?课题研究目的意义?
随着不断的改进和人民的文化生活水平的提高，智能化的电子产品深受人们欢迎，尤其是智能小车，这些产品，因为它有更好的交互性，可控性，它可以让人们得到很好的娱乐和参与体验，高科技智能电子产品已逐渐成为市场的主流。同时，智能小车具有的良好发展前景，可以用在人们的娱乐到研究、考古，再到医疗设备、军事设备的许多方面。因此，智能小车的研究，不仅具有重大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的现实意义，更有非常广泛的应用的市场价值。
例如道路交通系统。公共交通是城市发展的必然产物，也是城市关键的生存基础设施。这是一个城市不可或缺的东西，可以算作是我们的生活中的必须，如果没有交通规划，我们的生活可能会乱套，如果城市有一个完整的公交系统，我们的生活将会少很多麻烦，而且我们社会中任何人之间的关系也会随着这些设计进一步的拉近，而且城市公交系统有很好承载能力，可以是我们的出行少了很多麻烦，而且它可以减少我们的日常耗能，更加的贴近我们的绿色生活的宗旨，这淡然也可以看作是一项很重要的优势。
随着中国改革开放和城市扩张的持续快速发张，随着城市扩张的快速发展，日常交通的压力随着社会的发展也在进一步的提高。根据资料显示，1996年的全国城市的机动车的拥有量已经达到了884万辆，相对比1997年，汽车的数量已经增加将近8.9倍，每年的增长率可以达到百分之33.8。而全国的城市自行车的数量已经达到了1.9亿辆，对比全国的全部自行车数量，它占有百分之40。而全国的道路建设也是在不断的进步，只看1981到1994年 之间，全国的城市道路的里程就从3万公里增长到了11万公里，年增长哭达到了百分之十，尽管现在有这样的速度，但是仍然达不到汽车的数量的增长，所以现在看来国内的交通问题还是比较严峻的，还是需要我们不断的去解决。正是因为这样，也可以看出来交通 的拥堵状况还是比较严重的，所以现在，公交车的速度还是比较慢的，从以前的1214公里每小时，降低到现在的510公里，从这里可以看出来，真正的运力不够的问题还是没有解决，也有因为现在的人们的生活水平提高，个人小汽车的普及，这就让交通的拥堵更严重，还有城市公交的选择更低，这就让公交的运营数量更加的降低，从而让城市的交通拥堵状况进一步的加大。这时候，怎么样去解决城市居民的出行问题，以及城市交通问题，还有城市公交的发展问题，就成为了现实中摆在我们每个人面前的一个很严重的而且迫切需要解决的问题。
智能运输系统（Intelligent?Transportation?Systems，ITS）。它是在理论建模研究，十分创新的的信息处理技术，更方便的数据通信技术，电子控制技术，还有计算机处理技术随着系统的整合，更加实用的集成在一起，让这个系统在交通管理中有更大的实用价值。所以从这里看来，创立一个大范围的环境是十分必要的，360度的让交通管理系统实现稳定、确切的时间控制，让系统更加的有利用价值。因为系统采用了低频率的通信设计，让系统的信号采集更加的方便，而且其成本也被进一步的降低，也由于这种无线信号的传输技术，让控制更加的快，这时候，在整个系统的内部，系统中的终端控制系统和车辆上的控制系统就可以连接来处理数据，并具有数据和语音传输。。它有较大的用户容量，覆盖范围广，网络调度信息响应速度快，全自动语音停止报站，信息传播广泛，智能交通信息服务，自动设备维护自动化。?
智能公交系统的提出，必将大大改善公交管理水平，完善的公共交通系统会提高经济效益，减少政府补贴。由于公交出行人口增长的结果，除了公交系统内的车辆之外的其他车辆的应该减少出行的次数，因为这样可以减轻车辆燃油对环境的污染改善环境，减轻私家车了对城市交通的压力，并且可以有效的降低交通事故的产生，如此看来，智能公交系统可以改善环境，并且减少不必要的纷争，这样看对社会的发展 起到了很大的积极作用。
1.2国内外发展状况?
当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，智商也已经达到了六岁的水平。?汽车 作为机械工业产品的代表，此外，与电子信息产业的融合，呈现出明显的两个特征：首先，通过汽车电子占据（特别是轿车）率逐步提高，汽车将由机械制品向先进的机电一体化方向的车发展，汽车电子产业也可以把汽车制造业作为依托，成为汽车发展的又一个新的发展趋势。
而且，汽车的发展中会整合对媒体技术，还有先进的智能技术，使汽车更加的智能化，使其不单是交通工具，同时有多个功能的交通工具，娱乐、办公和通讯。无疑，机电一体化人才培养在国内外，都开始关注它，主要表现在各种大型创新大赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU?ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但它的现实情况是，国内在机械或电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，我们需要加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
在每年 的大学生电子竞赛中出现的集合了广电一体的简单的智能车的课题，早我通过观察，对比，论证，以及亲自试验之后便做出了智能小车的循迹电路。所设计的小车是根据普通的玩具小车为基础，在上面加入智能化配件之后而制作出来的，由于集成了其他智能设备，所以本次设计的小车能够跟随路面的黑色印记运行。
目 录
第一章 设计目的与意义 1
1.1课题研究目的意义? 1
1.2国内外发展状况? 2
第二章 系统设计 4
2.1系统设计任务 4
2.2设计的主要内容 4
2.3单片机选型 4
2.4 STM32F103单片机简介 4
第三章 电机PID控制理论 6
3.1 电机PID控制 6
第四章 硬件设计 9
4.1稳压电源 9
4.2STM32F103单片机最小系统 9
4.3电机驱动 10
4.4红外对管检测 11
4.5OLED显示模块 12
第五章 软件设计 14
5.1红外对管检测程序 14
5.2液晶显示模块 17
5.3电机控制 18
5.3.1电机方向控制函数 18
5.3.2PID控制函数 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 23
附录B 25
第一章 设计目的与意义
1.1?课题研究目的意义?
随着不断的改进和人民的文化生活水平的提高，智能化的电子产品深受人们欢迎，尤其是智能小车，这些产品，因为它有更好的交互性，可控性，它可以让人们得到很好的娱乐和参与体验，高科技智能电子产品已逐渐成为市场的主流。同时，智能小车具有的良好发展前景，可以用在人们的娱乐到研究、考古，再到医疗设备、军事设备的许多方面。因此，智能小车的研究，不仅具有重大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的现实意义，更有非常广泛的应用的市场价值。
例如道路交通系统。公共交通是城市发展的必然产物，也是城市关键的生存基础设施。这是一个城市不可或缺的东西，可以算作是我们的生活中的必须，如果没有交通规划，我们的生活可能会乱套，如果城市有一个完整的公交系统，我们的生活将会少很多麻烦，而且我们社会中任何人之间的关系也会随着这些设计进一步的拉近，而且城市公交系统有很好承载能力，可以是我们的出行少了很多麻烦，而且它可以减少我们的日常耗能，更加的贴近我们的绿色生活的宗旨，这淡然也可以看作是一项很重要的优势。
随着中国改革开放和城市扩张的持续快速发张，随着城市扩张的快速发展，日常交通的压力随着社会的发展也在进一步的提高。根据资料显示，1996年的全国城市的机动车的拥有量已经达到了884万辆，相对比1997年，汽车的数量已经增加将近8.9倍，每年的增长率可以达到百分之33.8。而全国的城市自行车的数量已经达到了1.9亿辆，对比全国的全部自行车数量，它占有百分之40。而全国的道路建设也是在不断的进步，只看1981到1994年 之间，全国的城市道路的里程就从3万公里增长到了11万公里，年增长哭达到了百分之十，尽管现在有这样的速度，但是仍然达不到汽车的数量的增长，所以现在看来国内的交通问题还是比较严峻的，还是需要我们不断的去解决。正是因为这样，也可以看出来交通 的拥堵状况还是比较严重的，所以现在，公交车的速度还是比较慢的，从以前的1214公里每小时，降低到现在的510公里，从这里可以看出来，真正的运力不够的问题还是没有解决，也有因为现在的人们的生活水平提高，个人小汽车的普及，这就让交通的拥堵更严重，还有城市公交的选择更低，这就让公交的运营数量更加的降低，从而让城市的交通拥堵状况进一步的加大。这时候，怎么样去解决城市居民的出行问题，以及城市交通问题，还有城市公交的发展问题，就成为了现实中摆在我们每个人面前的一个很严重的而且迫切需要解决的问题。
智能运输系统（Intelligent?Transportation?Systems，ITS）。它是在理论建模研究，十分创新的的信息处理技术，更方便的数据通信技术，电子控制技术，还有计算机处理技术随着系统的整合，更加实用的集成在一起，让这个系统在交通管理中有更大的实用价值。所以从这里看来，创立一个大范围的环境是十分必要的，360度的让交通管理系统实现稳定、确切的时间控制，让系统更加的有利用价值。因为系统采用了低频率的通信设计，让系统的信号采集更加的方便，而且其成本也被进一步的降低，也由于这种无线信号的传输技术，让控制更加的快，这时候，在整个系统的内部，系统中的终端控制系统和车辆上的控制系统就可以连接来处理数据，并具有数据和语音传输。。它有较大的用户容量，覆盖范围广，网络调度信息响应速度快，全自动语音停止报站，信息传播广泛，智能交通信息服务，自动设备维护自动化。?
智能公交系统的提出，必将大大改善公交管理水平，完善的公共交通系统会提高经济效益，减少政府补贴。由于公交出行人口增长的结果，除了公交系统内的车辆之外的其他车辆的应该减少出行的次数，因为这样可以减轻车辆燃油对环境的污染改善环境，减轻私家车了对城市交通的压力，并且可以有效的降低交通事故的产生，如此看来，智能公交系统可以改善环境，并且减少不必要的纷争，这样看对社会的发展 起到了很大的积极作用。
1.2国内外发展状况?
当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，智商也已经达到了六岁的水平。?汽车 作为机械工业产品的代表，此外，与电子信息产业的融合，呈现出明显的两个特征：首先，通过汽车电子占据（特别是轿车）率逐步提高，汽车将由机械制品向先进的机电一体化方向的车发展，汽车电子产业也可以把汽车制造业作为依托，成为汽车发展的又一个新的发展趋势。
而且，汽车的发展中会整合对媒体技术，还有先进的智能技术，使汽车更加的智能化，使其不单是交通工具，同时有多个功能的交通工具，娱乐、办公和通讯。无疑，机电一体化人才培养在国内外，都开始关注它，主要表现在各种大型创新大赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU?ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但它的现实情况是，国内在机械或电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，我们需要加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
在每年 的大学生电子竞赛中出现的集合了广电一体的简单的智能车的课题，早我通过观察，对比，论证，以及亲自试验之后便做出了智能小车的循迹电路。所设计的小车是根据普通的玩具小车为基础，在上面加入智能化配件之后而制作出来的，由于集成了其他智能设备，所以本次设计的小车能够跟随路面的黑色印记运行。
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