1、2015年吉林化工學院電子設計競賽智能尋光避障小車參賽隊員：劉立民 李宏達 張陣雨指導教師： 于 軍 吉林化工學院Jilin Institute of Chemical Technology摘要本作品智能尋光避障小車實現了可以從發車區出發，并自動進入光源區尋找光源，在尋找光源前進的過程中可以自動避開障礙物的干擾，找到光源并可以自動啟動制動裝置停車；停車后還可以自動開啟車前閃爍燈光，并根據燈光的閃爍頻率，開啟同頻智能報警。在智能尋光、避障的過程中利用了安裝在車前角的光電開關的檢測，使小車可以成功的避開前進過程中遇到的障礙物；利用了安裝在車上部的光敏二極管的檢測，保證了小車的前進方向。關鍵詞： 尋

2、找光源 避開障礙 摘要I2.3各模塊方案的選擇42.3.1電機驅動模塊42.3.2障礙檢測模塊52.3.3光源檢測模塊5第3章 系統的軟件設計63.1主程序流程圖6第4章 測第1章 方案選擇與論證11.1車體設計與論證1 1.2系統控制基本方案11.3各模塊方案的選擇2電機與驅動模塊的選擇21.3.2障礙檢測21.3.3光源檢測3第2章 系統的硬件設計42.1系統硬件的基本組成部分42.2控制器部分4試結果與總結74.1測試方法74.2測試儀器74.3 測試結果74.4整車測試84.5總結8第1章 方案選擇與論證1.1車體設計與論證方案一： 選擇市場現成的玩具車改裝，那種玩具車車體設計合理，各

3、個部分的安裝都堅實可靠，但是，缺點是該玩具車的車體車型都是固定的，要加上自定義的裝置，限制較大。方案二： 選擇自己制作的小車，雖然自己做的小車功能實現上沒有市場上的玩具車那樣好，但是自己制作的的小車的車型可以自己設定，這樣可以配合硬件的部分合理的裝配。綜合考慮，選擇方案二比較好。1.2系統控制基本方案 整體設計框圖電機驅動控制器STC89C52障礙檢測 光源檢測尋光 本系統采用 ASTC89C52 作為系統控制器，它運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、成本低、體積小、技術成熟、引腳較少，實物硬件布線較簡單，因此，控制其他模塊時操作簡單，編程

4、也相對簡單。1.3各模塊方案的選擇 電機與驅動模塊的選擇方案一：采用減速小型直流電機。減速直流電機控制精度很低，雖不能準確控制電機轉速，但可控制電機正轉、反轉、不轉等動作，速度均勻性好。這已足夠我們控制小車前進、拐彎、后退等簡單工作，且控制簡單，電源要求低，易于實現。方案二：采用專用步進電機驅動器及與其配套的步進電機。步進電機是數字控制電機，用這種方案的控制精度（可控制角度）、效率和可靠性都很高，但價格過高、重量大、占用口資源多且控制復雜對電源要求也高，故被我們排除了。通過以上對比，我們選擇使用普通直流電機。驅動部分，采用專用芯片 L293D 作為電動車驅動芯片。L293D 是一個具有高電壓大

5、電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片 L293D 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電動車驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。1.3.2障礙檢測方案一：光電開關的檢測距離長與接近開關等比較，光電開關的檢測距離非常長，且是無接觸式的，所以不會損傷檢測物體，也不受檢測物體的影響。并且采用對檢測對象的表面進行反射及光透過方式，不像接近開關只能對金屬，還能對玻璃、塑料、木制物體、液體等各種物質進行檢測。與接近開關同樣，由于無機械運動，所以能對高速運動的物體進行檢測。鏡頭免受污染后，光會散射或被遮光，所以在有活水蒸汽、塵土等較多的環境下使用的場合，需施加適當的保護裝置。幾乎不

6、受一般照明光的影響，但像太陽光那樣的強光直接照射受光體時，會造成誤動作或損壞。方案二：超聲波模塊采用現成的超聲波模塊，該模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。 基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發測距，給至少 10us 的高電平信號;模塊自動發送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2。比較之下，我們采用方案一。1.3.3光源檢測光源探測模塊是

7、本設計中比較重要的一部分，因為要實現智能小車前進，必須先找到光源，這樣才能決定小車的前進路線。該模塊若處理不當直接會導致整個設計的失敗，找不到光源就無法完成任務。方案一：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改

8、變電路中的電流。方案二：光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。但其過于靈敏，不易控制。比較之下，我們采用方案一。第2章 系統的硬件設計2.1系統硬件的基本組成部分1、單片機最小系統板2、電機驅動3、障礙檢測模塊4、光源檢測模塊2.2控制器部分 系統的核心部分是STC89C52單片機，作為核心控制部分，該單片機的IO已經足夠了，并且由于其功耗低、成本低、體積小、技術成熟、引腳較少，實物硬件布線較簡單。2.3各模塊方案的選擇2.3.1電機驅動模塊 考慮到小車必須能夠前進、倒退、停止，并能靈活轉向，在左右兩輪各裝

9、一個電機分別進行驅動。當左輪 電機轉速高于右輪電機轉速時小車向右轉，反之則向左轉。為了能控制車輪的轉速，可以采取PWM調速法， 在單片機中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機上的平均電壓，從而可以改變電機的轉速。左右輪兩個電機轉速的 配合就可以實現小車的前進、倒退、轉彎等功能。2.3.2障礙檢測模塊在障礙檢測部分，采用了PMM18-A301NA光電開關來檢測障礙，這是一種集發射與接收于一體的光電傳感器，主要用于障礙物的檢測。對障礙物的感應距離可以根據要求通過后部的旋鈕進行調節。這樣的障礙檢測系統保證的對障礙的準確檢測。 2.3.3光源檢測模塊 利用光敏二極管工作時加有反向電壓，沒有光照時

10、，其反向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流。當有光照時，就會產生很大的反向電流，光照越強，該亮電流就越大。 第3章 系統的軟件設計3.1主程序流程圖系統的軟件流程圖如下所示：避障子程序流程圖：第4章 測試結果與總結4.1測試方法 完全按照要求模擬試驗環境，在地板上設置測試場地（2m×2m），光源在離小車大約1.5m的固定位置擺放，小車前進方向上隨機放置三個障礙物。4.2測試儀器萬用表、白熾燈、螺絲刀等 。4.3 測試結果1、尋光檢測部分測試調節光敏二極管即可設定檢測光源的方位光敏二極管位置光源與光敏二極管的距離(m)小車行走方向中1直走左2左轉右3右轉2 、紅外避障檢測紅外避障傳感器

11、檢測障礙物設定距離為8cm。紅外檢測障礙則盡量靈敏。3、測試中追光避障情況次數小車離光源的距離（m）追光避障是否成功12是23是即在有障礙有避障，然后尋光，最后在光強一定值時停車。4、光強檢測光敏電阻與光源之間的距離設定為20cm。當小車停止時，距光源20cm。4.4整車測試智能尋光避障小車在調試過程中符合題意要求，并能完成基本部分和發揮部分。避障，尋光雖然有時有點小失誤，但總的成功率很高。4.5總結在制作智能尋光避障小車的過程中，小車以AT89S52最小系統為控制中心，加上電源、電機驅動，障礙檢測模塊、光電檢測模塊、電機驅動模塊。經過反復的調試，實現軟件與硬件的融合，使智能尋光避障小車能夠成

12、功地實現避開障礙物、尋找光源并前進。在這幾天中我們不斷對硬件和軟件的調試，比如硬件的光電檢測的測試，避障的距離設定，光源的定位等，軟件中轉彎的考慮，尋光的方案等.。最終的結果還是很好的。多元統計分析課程設計學 院：理學院 專 業：應用統計班 級： 姓 名學 號: 指導老師： 基于統計分析在城鎮居民人均購買主要食品數量的分析摘 要進入21世紀以來，我國經濟飛速發展，我國城鎮居民的消費結構也發生了巨大改變，現在選取一些主要生活食物作為目標，對食品數量進行因子分析。主要運用SAS軟件對所得到的數據進行分析，得出結論。關鍵詞： 食品量 因子分析 SASAbstact There is a kind o

13、f automatic access systerm that use autamatic indemnification tecnology to identify users ID and rights and according to users rights to control the door.Since entering the twenty-first Century, China's rapid economic development, the consumption structure of urban residents in China has also ch

14、anged a great change, and now select some of the main living food as a target, the number of food factors analysis. The main use of SAS software for the analysis of the data, draw the conclusion.Key words: food quantity factor analysis SAS目錄一選題背景與選題意義11.1 背景11.2 意義1二原理12.1 因子分析1三數據收集與整理23.1 源數據23.2

15、整理的數據3四實證分析3 4.1 因子分析法3五結果分析7六參考文獻7七附 錄8一選題背景與選題意義1.1 背景進入21世紀以來，人民的生活得到了巨大改善，生活結構也變得更加復雜?？傮w來說我們對人民具體生活還不是太了解，為了對人民生活提供具體的數據，我們通過對居民人均購買的食品數量進行分析。1.2 意義 1.2.1 理論意義 改革開放以來，總體來看人民的生活是上升的趨勢，但是部分地區還是處于貧困的水品。本次分析是以90年到2012年人民購買食品的數量為研究依據，研究人民消費水品。用多元的統計分析方法得出的結論也為相關機構提供了理論依據，對了解人民的總體生活有了大致的了解。 1.2.2 現實意義

16、 本文數據基于全國人民購買食物數量，得出總體人民主要消費的物品，從而得出人民生活狀況。對于相關部門制定相關政策的制定有著重要意義。二原理2.1 因子分析 2.1.1 因子分析的思想因子分析是利用降為的思想，由研究原始變量相關矩陣內部的依賴關系出發，把一些具有錯綜復雜關系的變量歸結為少數幾個綜合因子的一種多變量統計分析方法。因子分析的基本思想是根據相關性大小把原始變量分組，使得同組內的變量之間相關性較高，而不同組的變量間的相關性則較低。每組變量代表一個基本結構，并用一個不可觀測的綜合變量表示，這個基本結構就成為公共因子。對于所研究的問題就是試圖用最少個數的不可預測的所謂公共因子的線性函數與特殊因

17、子之和來描述原來觀測的每一個分量。 2.1.2因子分析的模型設是P個可觀測的變量，是m個不可觀測的變量，并且有P個變量。他們滿足下列的模型： 則稱上述模型為一個因子模型，我們可以用矩陣表示為： 其中， 的公共因子（簡稱為因子）， 稱為X的特殊因子。特殊因子是模型中不能被公共因子所包含的部分，公共因子一般對每個都有作用，而每個特殊因子只對每個起作用。矩陣是待估的系數矩陣，稱為第i個變量在第j個因子上的載荷。 三數據收集與整理 經過在統計年鑒上數據的篩選，得到以下數據，用以下數據分析國民的食品購買數量推斷人民的生活的變化。3.1 源數據 城鎮居民人均購買主要食品數量指 標1990199520002

18、005201020112012 糧 食 (千克)130.7297.0082.3176.9881.5380.7178.76 鮮 菜 (千克)138.70116.47114.74118.58116.11114.56112.33 食用植物油 (千克)6.407.118.169.258.849.269.14 豬 肉 (千克)18.4617.2416.7320.1520.7320.6321.23 牛 羊 肉 (千克)3.282.443.333.713.783.953.73 禽 類 (千克)3.423.975.448.9710.2110.5910.75 鮮 蛋 (千克)7.259.7411.2110.40

19、10.0010.1210.52 水 產 品 (千克)7.699.2011.7412.5515.2114.6215.19 鮮 奶 (千克)4.634.629.9417.9213.9813.7013.95 鮮 瓜 果 (千克)41.1144.9657.4856.6954.2352.0256.05 酒 (千克)9.259.9310.018.857.026.766.88數據來源：中國統計年鑒-20143.2 整理的數據用通過整理的數據帶入程序進行相關分析。四實證分析 4.1 因子分析法通過整理的數據，用SAS9.2得出以下結果：表1由表1可以看到，第一特征值所占比例為0.7278，第二特征值所占比例為

20、0.1967，這倆特征值之和累計比例已經達到0.9245.因此，根據主成分法我們可以取兩個公共因子。表2表2顯示了每個變量在公共因子上的載荷，根據因子載荷陣我們可以建立如下因子模型：表3 由表3可知，兩個公共因子所解釋的方差分別是8.0060897和2.1631935，兩者之和為10.169283，而且各個變量的共同度都比較大，可以認為這兩個公共因子較好的反映了原始數據的信息。但從因子載荷看，比較難于解釋每個公共因子的含義，因此我們考慮對因子載荷進行旋轉。得到表4，表5：表4 實施正交旋轉變換的矩陣表5 旋轉后的因子載荷陣從表5可以看出，變量x4(豬肉），x5(牛羊肉），x6（禽類）有較大的正

21、載荷，因此factor1可以認定為肉類食品購買量指標。變量x7（鮮蛋），x10(鮮瓜果）在第二個因子factor2上有較大的正載荷，因此factor2可以認為是副食物品購買量指標。根據因子載荷陣，我們可以建立旋轉后的因子模型。得到表6：表6 因子得分系數根據表6，我們可以寫出因子得分函數如下：Factor1=0.44345825x1+0.4514821x2+0.04047058x3-0.2426024x4-0.0890842x5+1.78097512x6根據因子得分函數就可以計算各因子得分。查看SAS資源管理器窗口，在臨時邏輯庫work下的數據集fact為各種食品購買量的因子得分，如表7：表7

22、 因子得分上面我們已經確定了factor1為肉類食品購買量指標，factor2認為是副食物品購買量指標。為了清晰直觀地了解各年份在這兩個因子上的得分，我們利用PLOT過程繪制因子得分的散點圖，如下表表8：表8 按照因子得分繪制的散點圖從表8可以看出，1990到1995年生活水平低下，普遍的沒什么錢去購買食物。2000年好轉了一些，可以買些副食品改善生活。從2005年到2012年，生活水平在不斷提高，能買上的肉制品也越來越多。五結果分析通過以上分析，從90年到12年，人民的生活發生了巨大變化，從沒吃的到可以買上越來越多的肉，這說明人民富裕了。人民可以買自己想吃的食品，從10年到12年，人民購買的

23、副食品開始增多，說明人民也換著食品吃，對食品的要求也增高了?？傮w上變化是很明顯的，但是作為一個大國，我們還有很多人的生活還沒得到提高，相關部門必須要多關心一下這些人。為了更多的人生活得幸?？鞓罚谌嗣裆钌弦鹿Ψ颉Ａ鶇⒖嘉墨ISAS統計分析與應用 M機械工業出版社 劉榮，馮國生，丁維岱 2011-9-1 425頁七附 錄 （1）建立數據集data life; input years $ x1-x11 ; Label x1=糧食 x2=鮮菜 x3=食用植物油 x4=豬肉 x5=牛羊肉x6=禽類 x7=鮮蛋 x8=水產品 x9=鮮奶 x10=鮮瓜果 x11=酒; cards; 1990年 130.72 138.7 6.4 18.46 3.28 3.42 7.25 7.69 4.63