控制系统设计智能循迹小车Group:李锐锋张岳军张羽Date:2011-1-101.系统设计........................................................................................22.任务安排........................................................................................33.硬件设计及说明............................................................................34.PID算法.........................................................................................65.系统测试过程................................................................................96.总结..............................................................................................111.系统设计本组智能循迹小车的硬件主要以单片机为核心的主控模块，自动循迹模块，液晶显示模块，按键模块和Xbee无线射频模块。小车硬件系统结构示意图如下：Figure1.硬件结构示意图1.1循迹方案的选择方案一：利用TCS230颜色传感器识别黑色。该方法的缺点是，动态系能差，在移动过程中，检测的颜色值是在一个不确定区间内变化的，很难做到精确的估计，自然加算法也就不可能了。方案二：红外探测法，利用红外线在不同颜色的物理表面，具有不同反射性质的特点。在小车小车行驶过程中，不断向地面发射红外光，如果检测到黑线，红外线被吸收，则小车就检测到一个高电平，否则检测到低电平，以此，来判断是否沿着黑线走。综合考虑，我们选择方案二。2.任务安排硬件部分：张羽软件部分：PID算法（李锐锋）Xbee射频（张岳军）液晶显示（张羽）系统调试：李锐锋张岳军张羽报告撰写：李锐锋张岳军3.硬件设计及说明1）单片机模块单片机模块是整个硬件电路的核心模块，负责整个电路的资源分配，并且对各路信号进行采集、分析和处理。单片机AT89S52按键4个独立按键电机驱动（PWM）循迹板（5路）液晶显示：显示PID参数左右Xbee射频模块Figure2.单片机最小系统原理图2）自动循迹模块在小车行驶过程中，不断发射红外线，检测到黑线，就返回高电平，否则返回低电平。电路图如下：3）电机驱动舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。舵机的控制简单，是我们选择舵机的直接理由。原理图如下：电机的速度曲线如下：4）液晶显示，独立按键模块为了在系统调试的时候，能够方便的显示一些系统的状态，比如PID的参数，功能的选择等，使用16*2液晶来显示这些参数。同时，设置了，4个独立按键，来调节参数。电路图如下：5）Xbee无线射频模块高性能XBee系列zigbee模块，通信距离达1600m美国MaxStream公司自1998年成立以来，已逐渐成为zigbee传输领域的领跑者，MaxStream产品线涵盖一套完整的专利和ZigBee无线解决方案，可以让用户去监控和控制电子设备。这套解决方案容易使用，包括ZigBee模块、专利射频调制解调器和开发工具。提供多种传输速率和距离选择，距离从100英尺到40英里、传输速率从几kbps到1.5Mbps，典型应用包括自动抄表系统、石油与天然气监控、商业供暖和空调系统的远程控制和监控、车队管理汽车信息接入、工业控制、无线传感器和电子信号灯。XBee模块的基本性能参数如下：(1)发送功率：100mW；(2)接收灵敏度：-92dBm；(3)室内传输距离为100m，室外传输距离为1500m；(4)RF数据传输速率为250kbps；(5)在3.3V电源下，发送电流为215mA，接收电流为55mA：(6)在网络性能方面，具有DSS(直接序列扩频)功能，可以组成对等网、点对点及点对多点网络，具有12个软件可选的直接序列信道，每个信道有65000个可用网络地址。4.PID算法1）采用数字PID，我们以左轮为控制对象来讨论。方框图如下：有增量式PID和位置式PID，这里我们采用增量式PID。所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δuk。当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对值时，可以使用增量式PID算法。增量式PID控制算法如下：其中如果采用恒定的采样周...