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1、智能循跡避障小車 精品文檔 智能循跡避障小車 目錄 摘要 引言 第一章緒論 1.1 智能小車的背景 1.2 智能小車的現(xiàn)狀 第二章 設(shè)計方案 2.1 設(shè)計任務(wù) 2.2 方案及軌道選擇 2.3 智能小車元件介紹 第三章硬件設(shè)計 3.1 總體設(shè)計 3.2 驅(qū)動電路 3.3 信號檢測模塊 3.4 主控線路 第四章軟件設(shè)計 4.1 主程序模塊 4.2 電機(jī)驅(qū)動程序 4.3 循跡模塊 4.4 避障模塊 第五章制作安裝與調(diào)試 作品總結(jié) 致謝 摘要 利用紅外對管檢測黑線與障礙物，并以 STC89C5訃片機(jī)為控制芯片控制電動小 汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實

2、現(xiàn)自動循跡避障的功能。具中小車驅(qū)動由 L298N動 電路完成，速度由單片機(jī)輸出的 PWMfcf空制。 關(guān)鍵詞：智能小車；STC89C52I片機(jī)；L298N紅外對管 引言 2004年1月3日和1月24日肩負(fù)著人類探測火星使命的“勇氣”號和“機(jī) 遇”號在火星不同區(qū)域著陸，并于 2004年4月5日和2004年4月26日相繼 通過所有“考核標(biāo)準(zhǔn)”。火星車能夠在火星上自主行駛：當(dāng)火星車發(fā)現(xiàn)值得探 測的目標(biāo)，它會驅(qū)動六個輪子向目標(biāo)行駛；在檢測到前進(jìn)方向上的障礙后，火 星車會去尋找可能的最佳路徑。 據(jù)悉，中國的登月計劃分三步進(jìn)行：第一 步，發(fā)射太空實驗室和尋找貴重元素的月球軌道飛行器；第二步，實現(xiàn)

3、太空機(jī) 器人登月；第三步，載人登月。隨著“神舟”系列飛船和“嫦娥”月球探測衛(wèi) 星的成功發(fā)射，第一步接近成熟；第二步中太空機(jī)器人登月計劃中的太空機(jī)器 人應(yīng)該能在月球上自主行駛，進(jìn)行相關(guān)探測。因此對于我國來說，類似于美國 “勇氣”號和“機(jī)遇”號火星車的智能車技術(shù)研究也顯得迫在眉睫。 目前， 城市交通的安全問題己引起各國政府有關(guān)部門的高度重視和全民的關(guān)注，專 家、學(xué)者在分析城市交通事故的原因時，普遍認(rèn)為事故原因主要包括：人員素 質(zhì)、運(yùn)輸車輛、道路環(huán)境和管理法規(guī)等四個方面，而車輛性能的提高即研發(fā)高 性能的智能汽車是其中很重要的一個環(huán)節(jié)。美國研究認(rèn)為，包括智能汽車研究 在內(nèi)的智能運(yùn)輸系統(tǒng)對國家社

4、會經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸有著巨大的影響，其意義和價 值在于：大量減少公路交通堵塞和擁擠，降低汽車的油耗，可使城市交通堵塞 和擁擠造成的損失分別減少25%-40%左右，大大提高了公路交通的安全性及 運(yùn)輸效率，促進(jìn)了交通運(yùn)輸業(yè)的繁榮發(fā)展。通過智能汽車的進(jìn)一步研究與發(fā) 展，將使汽車變得“聰明”起來，從根本上改變現(xiàn)行汽車的信息采集處理、信 息交換、行車導(dǎo)航與定位、車輛控制、汽車安全保證等技術(shù)方案與體系結(jié)構(gòu)。 駕駛智能汽車在很大程度上可減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)和提高交通安全性，若配合城 市交通控制系統(tǒng)，實現(xiàn)合理分配交通流，實現(xiàn)交通順暢，甚至可實現(xiàn)智能汽車 單片機(jī)智能循跡小車畢業(yè)論文 2 的自動駕駛。正是基于上述優(yōu)點，

5、國 際上正在形成包括智能汽車在內(nèi)的智能車輛研究、設(shè)計與開發(fā)的熱潮。 隨著 汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽幾 乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？?見其研究意義很大。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計的智能小車能夠 實時顯示速度、狀態(tài)，具有自動尋跡功能。 本文基于單片機(jī)控制的設(shè)計思 想，選用廉價的光電反射傳感器，采用專用電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)，通過 PWMS速，從而達(dá)到智能控制的目的,實現(xiàn)了小車的智能尋跡,整個系統(tǒng)功 能全面在我國，吉林大學(xué)智能車輛課題組長期從事智能車輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān) 鍵技術(shù)研究。中國第一汽車集團(tuán)公司和國

6、防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院于 2003年7月研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。另外，我國清華大學(xué)、北京理 工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車輛。汽車自主駕駛技術(shù)是集模式識別、智能控 制、計算機(jī)科學(xué)和汽車操縱動力等多門學(xué)科于一體的綜合性技術(shù)，汽車自主駕 駛功能水平的高低常被用來作為衡量一個國家控制技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。 智能車輛的相關(guān)技術(shù)，也將促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。智能小車，也就是輪式機(jī) 器人，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛 機(jī)動車，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。 以下列舉了機(jī)器人的一些應(yīng)用，所有這些用途正逐步滲入到工業(yè)和社會的各個 層面：在產(chǎn)品檢測方面，

7、對零部件、線路板及其它類似產(chǎn)品的檢測是機(jī)器人比 較常見的應(yīng)用。一般說來，檢測系統(tǒng)中還集成有其他一些設(shè)備，它們是視覺系 統(tǒng)、X射線裝置、超聲波探測儀或其他類似儀器。在瓦斯、地壓檢測方面，瓦 斯和沖擊地壓是井下作業(yè)中的兩個不安全的自然因素，一旦發(fā)生突然事故，是 相當(dāng)危險和嚴(yán)重的。但瓦斯和沖擊地壓在形成突發(fā)事故之前，都會表現(xiàn)出種種 跡象，如巖石破裂等。采用帶有專用新型傳感器的移動式機(jī)器人，連續(xù)監(jiān)視采 礦狀態(tài)，以便及早發(fā)現(xiàn)事故突發(fā)的先兆，采取相應(yīng)的預(yù)防措施。在智能輪椅領(lǐng) 域，隨著社會的發(fā)展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運(yùn) 用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。智能輪椅主要有

8、口令識 別與語音合成、機(jī)器人自定位、動態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實時自適 應(yīng)導(dǎo)航控制等功能。 在危險環(huán)境下，機(jī)器人非常適合在危險的環(huán)境中使用。在這些險惡的環(huán)境下工 作，人類必需采取嚴(yán)密的保護(hù)措施。而機(jī)器人可以進(jìn)入或穿過這些危險區(qū)域進(jìn) 行維護(hù)和探測工作，且不需要得到像對人一樣的保護(hù)。在水下、太空及遠(yuǎn)程環(huán) 境下，機(jī)器人也可以用于水下、太空及遠(yuǎn)程的服務(wù)和探測。雖然尚沒有人被送 往火星，但已有許多太空漫游車在火星登陸并對火星進(jìn)行探測。如美國的“勇 氣”號和“機(jī)遇”號的主要任務(wù)是在火星上探水，它們已分別在其著陸區(qū)域附 近找到火星上過去曾有過水的證據(jù)。 在智能車輛領(lǐng)域，智能小車自動行駛功 能的研究

9、將有助于智能車輛的研究。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動完成將給人類社 會的進(jìn)步帶來巨大的影響，例如能切實提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車輛的燃 油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。 人類在認(rèn)識自然、改造自然、推動社會進(jìn)步的過程中，不斷地創(chuàng)造出各種各樣 為人類服務(wù)的工具，其中許多具有劃時代的意義。作為 20世紀(jì)自動化領(lǐng)域的重 大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。因此為了使智能小車 工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要 的。 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在小車底盤上，加裝光電傳感器，實 現(xiàn)對小車的速度、運(yùn)行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單

10、片機(jī)進(jìn)行處 理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對小電動車的智能控制。 第一章緒論 1.1 智能小車的背景 智能小車作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式 在一個環(huán)境里自動的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用 途。智能小車能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功 能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車，遠(yuǎn)程傳輸圖像等功能。智能循跡小車是 一種基于單片機(jī)控制的簡易自動尋跡小車系統(tǒng)，包括小車系統(tǒng)構(gòu)成軟硬件設(shè)計 方法。小車以AT89C51為控制核心，用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，控制小車速度。 利用紅外光電傳感器對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測，并將路面檢測信

11、號反饋給單片 機(jī)。單片機(jī)對采集到的信號予以分析判斷，及時控制驅(qū)動電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向，從 而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛，實現(xiàn)小車自動循跡尋跡的目的。具技術(shù)關(guān) 鍵是單片機(jī)對傳感器的控制及對其反饋信息處理后對電機(jī)的精確控制。我們在 車身上安裝了紅外傳感器，動作指示燈，以及反應(yīng)小車運(yùn)行時間的計時顯示模 塊。小車的每一個動作都會有相應(yīng)的指示燈。 1 ,小車能夠靈敏檢測路面情況 并做出準(zhǔn)確的判斷。2,小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各有一個電機(jī)驅(qū) 動，通過調(diào)整前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速啟停而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬向輪 起支撐的作用，將循跡傳感器裝在車體的中間和左右輪前，當(dāng)車身左邊的傳感 器檢測到黑線

12、時，主控芯開控制左輪減速，車身向左修正車萬右邊的花感一 器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪減速，車身向右修正。從而實現(xiàn)循跡功 能。3,對的各個不同的運(yùn)動速度和方向，小車都有相應(yīng)的指示燈顯示。 4, 小車能夠自動記錄運(yùn)行時間，并利用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 5 ,核心控制部分采用 可在線編程的89S51單片機(jī)，可以在不增加系統(tǒng)硬件的情況下方便地對系統(tǒng)進(jìn) 行二次開發(fā)。具有很好的拓展功能 1.2 智能小車的現(xiàn)狀 現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(xiàn) 循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設(shè)計大 賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智

13、能小車更是走在前列。 本文介紹了一種基于51單片機(jī)的小車尋跡系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用四組高靈敏度的光 電對管，對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測，并利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWMt控制小車速 度。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠平穩(wěn)跟蹤給定的路徑。整個系統(tǒng)基于普通玩具 小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并利用了小車的底盤、前后輪電機(jī)及其自動復(fù)原裝置，能夠 平穩(wěn)跟蹤路面黑色軌跡運(yùn)行。 第二章設(shè)計方案 2.1、 設(shè)計任務(wù) 要求： (1)車輛從起跑線出發(fā)，開始直線行走一段時間。當(dāng)遇到黑線時，小車自動檢 測黑線并沿著黑線自動行進(jìn)。黑線走完之后，直線行走。然后遇到障礙物，通 過檢測障礙物離自己的距離來判斷自己是前進(jìn)、后退還是左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，最終達(dá) 到

14、繞過障礙物的目的。 (2)小車能夠自動記錄，自動顯示行駛時間，從而判斷是否符合要求。( 1602 必須安裝在小車上)。 2.2 方案的選擇 (1)小車控制單元的選擇 主控部分是整個小車的大腦，是整個小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有 運(yùn)行狀態(tài)的作用。通常選用單片機(jī)作為小車的核心控制單元，本文以 STC公司 的STC89c5印片機(jī)為例予以介紹。STC89c52g一款擁有8K RAM 32個I/O 口的單片機(jī)，它還擁有豐富的處理功能，為小車的功能擴(kuò)展提供了相當(dāng)大的空 問，只要按照該單片機(jī)的要求對其編制程序就可以實現(xiàn)很多不同的功能。此 外，STC是國產(chǎn)單片機(jī)，價格便宜，性價比更 高。

15、 （2）小車驅(qū)動單元的選擇 小車驅(qū)動電機(jī)一般不使用現(xiàn)成的玩具小車上的配套直流電機(jī)，而使用減速電 機(jī)，因為其驅(qū)動力更強(qiáng)，優(yōu)于普通直流電機(jī)?？紤]到小車必須能夠前進(jìn)、倒 退、停止，并能靈活轉(zhuǎn)向，在左右兩輪各裝一個電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)左輪電 機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時小車向右轉(zhuǎn)，反之則向左轉(zhuǎn)。為了能控制車輪的轉(zhuǎn) 速，可以采取PWMB速法，即由單片機(jī)的IOB8、IOB9輸出一系列頻率固定的方 波，再通過功率放大來驅(qū)動電機(jī)，在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比就可 以改變加到電機(jī)上的平均電壓，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。左右輪兩個電機(jī)轉(zhuǎn) 速的配合就可以實現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎等功能。用單片機(jī)控制電機(jī)的時

16、候，需要加驅(qū)動電路，為電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動電流。使用不同的電機(jī)，具驅(qū) 動電路也不同，我們應(yīng)該根據(jù)實際需求選擇合適的驅(qū)動電路，通常有以下幾種 萬案： 萬案1: 用三極管電流放大驅(qū)動電路。三極管是一種常見的電子元器件，價格便宜，也 很實用。但是，它僅能驅(qū)動單個單片機(jī)并且要求所驅(qū)動電流不大，而且用三極 管搭建驅(qū)動電路也很麻煩。 Zu tk 2: 用電機(jī)的專用芯片來驅(qū)動電機(jī)。專用驅(qū)動芯片雖說價格稍微貴了一點，但是， 專用芯片可同時操作多可電機(jī)，且電路連接簡單，穩(wěn)定性好。是一種比較好的 驅(qū)動電路。 考慮到電機(jī)的穩(wěn)定性及便捷性，我們選擇了 L298芯片作為驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電 路。 軌跡選擇：

17、方案一、使用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測。 光電傳感器實際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾 率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易 因為該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 方案二、利用兩只光電開關(guān)。 分別置于軌道的兩側(cè)，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向， 但測試表明，如果兩只光電開關(guān)之間的距離很小，則約束了速度 ，如果著重于小 車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢必要求兩只光電開關(guān)之間的距離加 大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準(zhǔn)確的 導(dǎo)向從而有可能導(dǎo)致尋跡失敗。 方案三、用四只光電開關(guān)。一只置于

18、軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫 離軌道時，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時，等待外面任一只檢測到 黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到 軌道）再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場實測表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右 搖擺（因為所購小車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了光電開光之間的距離到達(dá)不了精確計算 值1厘米），但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近靠邊行駛。綜合 循跡的準(zhǔn)確性和行車的速度，我們選擇了方案三。并采用了 ST168光電管。因 為ST168采用高發(fā)射功率紅外光、電二極管和高靈敏光電晶體管組成，采用非 接觸式檢測方式。ST168的檢測距離很小，一般為8~15

19、毫米，因為8毫米以下 是它的檢測盲區(qū)，而大于15毫米則很容易受干擾。經(jīng)過多次測試、比較，發(fā)現(xiàn) 把傳感器安裝在距離檢測物表面 10毫米時，檢測效果最好。 傳感器的安裝 正確選擇檢測方法和傳感器件是決定循跡效果的重要因素，而且正確的器 件安裝方法也是循跡電路好壞的一個重要因素。從簡單、方便、可靠等角度出 發(fā)，同時在底盤裝設(shè)4個紅外探測頭，進(jìn)行兩級方向糾正控制，將大大提高其 循跡的可靠性，具體位置分布如圖1所示。圖中循跡傳感器全部在一條直線 上。其中X1與Y1為第一級方向控制傳感器，X2與Y2為第二級方向控制傳感 器，并且黑線同一邊的兩個傳感器之間的寬度不得大于黑線的寬度。小車前進(jìn) 時，始終保持（

20、如圖3中所示的行走軌跡黑線）在*1和Y1這兩個第一級傳感器 之間，當(dāng)小車偏離黑線時，第一級傳感器就能檢測到黑線，把檢測的信號送給 小車的處理、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號對小車軌跡予以糾正。第二級方向 探測器實際是第一級的后備保護(hù)，它的存在是考慮到小車由于慣性過大會依舊 偏離軌道，再次對小車的運(yùn)動進(jìn)行糾正，從而提高了小車循跡的可靠性。 圖1紅外探頭的分布圖 顯示模塊選擇 萬案1: 采用LED顯示，LED常見且價格便宜，但是僅能顯示數(shù)字和簡單的字母，且 外部電路比較復(fù)雜，需要專門的驅(qū)動電路實現(xiàn)。 Zu tk 2: 采用LCD1602a示，1602是市面上價格適中的顯示器件，不僅僅能 顯示數(shù)

21、字還能顯示字母和特殊符號，且支持背光解決了一半 LCD顯示不夠清晰 的問題，且有3.3低電壓產(chǎn)品，更大的解決了功耗問題 萬案二 采用LCD12864示，12864顯示效果清晰，且可以顯示更多信息，支持中文字 庫，有很好的人及交換功能，能顯示更多更清楚的信息。但是 12864顯示器市 場上價格比較昂貴，且功耗很大，在開背光的情況下耗電非常之大，不易于使 用在移動設(shè)備上。 方案選擇 使用LCD160州僅價格適中，且功耗很低，用擁有較好的人機(jī)交互價值。且在 此方案中僅顯示小車需要采集的數(shù)據(jù)即可，所以本系統(tǒng)采用了低功耗的 1602顯 zKWro 2.3 智能小車元件介紹 收集于網(wǎng)絡(luò)，

22、如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除 精品文檔 (1) 正面圖示 該系統(tǒng)采用四組高靈敏度的光電對管，對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測，并利用單 片機(jī)產(chǎn)生PWMt控制小車速度。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠平穩(wěn)跟蹤給定 的路徑。整個系統(tǒng)基于普通玩具小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并利用了小車的底盤、前 后輪電機(jī)及其自動復(fù)原裝置，能夠平穩(wěn)跟蹤路面黑色軌跡運(yùn)行。 主控部分是整 個小車的大腦，是整個小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。通常 選用單片機(jī)作為小車的核心控制單元，本文以 STC公司的STC89c52單片機(jī)為例予以介 紹。STC89c52是一款擁有8K RAM 32個I/O 口的單片機(jī)，它還擁有

23、豐富的處理功能， 為小車的功能擴(kuò)展提供了相當(dāng)大的空間，只要按照該單片機(jī)的要求對其編制程序就可以 實現(xiàn)很多不同的功能。 (2)尾輪安裝 (3)尾輪固定板(確保焊接穩(wěn)定) 收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除 (4)電機(jī)固定(用螺絲刀跟鉗子上好即可) (5)循跡傳感器安裝(注意正負(fù)極的焊接，切忌焊反) (6)單片機(jī)智能小車

24、核心控制板 循逃，避障3P排針靠右 指示燈 邊焊接 電機(jī)驅(qū)動輸 出接口 注意缺 □方 向?與 底板叁 印一致 情，陣式換鍵 靠跡避模切按 C51單片機(jī)■他小車 焊接排阻注意方向.有一點 單片機(jī)ic座.可以用 修君 的位苴與單片機(jī)方向相同 STC0gC52和AT89S52單片機(jī) STC89C5： lATa9S52/AT89C52/ATBC5： (7)元件散圖

25、 (8)電路板圖示 — ?? 呂■■ 沖 A M 4F ( 皿s|@e船 ODDO —WWOZS D o 0 X 智能循跡避障小車I 長:63MM O 0。301回 舊①戶宓望OO j循跡避障oca O 』f P5 GND —wse寸胭 X0 XD 04 IC1 QS T 卜 RH si p? D5 0

26、S2 STC89C52 AT89S51/AT89S52/AT89C52/AT89C52 IC2 P3 O 貞慶）儲1單片機(jī)智能小車核q督學(xué)板CXE6Q 第三章硬件設(shè)計 1、如圖 K htt K 汴：i Tf 31： 院*1 忙XI.力的模摭 電戲 回，智能小平系統(tǒng)框圖 It箸川臣加獷河一 山 =>8-卬-一 LLr-brrL 口i!.1!F?EV1FLPI.- — ■疑需淳皿密筋薄 o I ? s L F r n ■ t- r r rM r- ?爐演工?黑溫Hr 陽口桎 W * X1AM BJjiUPP F1工 FSCJMZ 卜

27、135 Fi?TItiai f齊用I H Finn F..bW ^-*11 K4AC- niAUi ^W - 中」 單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠運(yùn)行的必要條件是：（1）電源，（2）晶振電路，（3）復(fù) 位電路。 2、LCD顯示電路 本次選用的1602液晶顯示屏最主要的是顯示小車運(yùn)行時間。我們將 1602的液 品的D0~D7R據(jù)口接至IJ單片機(jī)的P0 口；然后將讀寫選擇端（R/W直接接地； 液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端（VO接一個10K的電位器，最后與

28、電源正極相連。 3、循跡模塊：紅外檢測的方法 4、避障模塊：采用紅外光電避障。該小車在前進(jìn)的過程中能夠檢測到前方障 礙并自動避開，達(dá)到避障的效果。利用位置器檢測道路上的障礙， 通過采集數(shù)據(jù) 并處理后由單片機(jī)產(chǎn)生PWMft驅(qū)動直流電機(jī)對車進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行動控制， 控慢速 行駛，以及自動停車 四、軟件設(shè)計 1 .主程序框圖： 0.. 月就 （停止 2 .循跡框圖： 開始 7 九 =小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機(jī) I/O 口，一旦 檢測到某個I/O 口有信號，即進(jìn)入判斷處理程序（switch ）,先確定4個探測器 中的哪一個探測到

29、了黑線，如果InfraredML（左面第一級傳感器）或者 InfraredSL（左面第二級傳感器）探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身 向右偏出，此時應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果是 InfraredMR（右面第一級傳感 器）或 InfraredSR（右面第二級傳感器）探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車 向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，小車再繼續(xù)向前 行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作。由于第二級方向控制為第一級的后備， 則兩個等級間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制范 圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車回到正確 軌跡上來，

30、則通常使第二級轉(zhuǎn)向力度大于第一級，即 level2>level1（level1 level2為小車轉(zhuǎn)向力度，其大小通過改變單片機(jī)輸出的占空比的大小來改 變），具體數(shù)值在實地實驗中得到。   能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部 分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實現(xiàn)自動避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能， 感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并 檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測部分考慮到小車一般不需要 感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的 CCD傳感器而 考慮使用價廉物美的紅外反射式

31、傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直 流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)一般 有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有 PWM功能的單片機(jī)， 這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬 PWM輸出調(diào)制，需要占用單 機(jī)機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號的選擇余地較大?？紤]到實際情況， 本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實現(xiàn)。 六?發(fā)展前景 智能小車的巡線和避障功能在生產(chǎn)生活中都有著廣泛的用途?？梢杂迷诖?的生產(chǎn)車間的物流系統(tǒng)中，按照預(yù)先設(shè)定的路線來傳輸貨物自動躲避障礙功能 從而使工作更加安全和效率更高。 自第一臺工業(yè)

32、機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展 已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷 提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識自然的過程 中，制造能替代人勞動的機(jī)器一直是人類的夢想，智能小車可以作為機(jī)器人的典 型代表。 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對自動化要求越來越高，智能汽車檢測并完 成特殊的任務(wù)將成為以后的一個新的發(fā)展方向。在危險或不利于人工作業(yè)的環(huán) 境下，利用智能小車替代人工作業(yè)完成特殊任務(wù)，避免人員傷亡，更可減少經(jīng) 濟(jì)損失。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計界中，國內(nèi)智能車輛研究由于起步晚，以及 經(jīng)濟(jì)條件的制約，在智能車輛研究領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家有一定的差距，目

33、前開展這 方面研究工作的主要包括一些大學(xué)和科研單位。 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，具與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，汽車開 始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時 能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。關(guān)于汽車的研究也就越來越受人 關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全 國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。本設(shè)計就是在這樣 的背景下提出的，為了適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求， 提出簡易智能小車的構(gòu)想。目的在于：通過獨(dú)立設(shè)計并制作一輛具有簡單智能 化的簡易小車，獲得項目整體設(shè)計的能力，并掌握多通道多樣

34、化傳感器綜合控 制的方法，設(shè)計的智能電動小車能夠具有循跡避障等功能。車輛導(dǎo)航的方法， 促進(jìn)日本智能車輛的整體進(jìn)步。進(jìn)入 80年代中期，設(shè)計和制造智能車輛的浪潮 席卷了全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。第三階段：從 90年代開始，智能車輛進(jìn)入到了深入系統(tǒng)、大規(guī)模的研究階段。最為突出的 是，美國卡內(nèi)基-梅隴大學(xué)機(jī)器人研究所一共完成了 Navlab系列的自主車的研 究，取得了顯著的成就。 目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段，這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外 智能車輛的主要發(fā)展方向。 國內(nèi)智能車輛的現(xiàn)狀研究 相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于 20世紀(jì)8

35、0 年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對某個單項技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能 車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定的技術(shù)差距，但是 我國也取得了一系列的成果，主要有：中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué) 機(jī)電工程與自動化學(xué)院于2003年研制成功了我國第一輛自主駕駛轎車。該自主 駕駛轎車的正常交通情況下的高速公路上，形式的最高穩(wěn)定速度為為 12km/h, 最高峰值速度可達(dá)170km/h,并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng) 達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 上海交通大學(xué)應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計出了一種自動駕駛汽車模型，該模型在汽 車系統(tǒng)的動力學(xué)建模的基礎(chǔ)之上，設(shè)計了自動駕駛的專項系統(tǒng)，它能根

36、據(jù)玩到 的彎曲變化程度實時的計算出車輛的轉(zhuǎn)向盤角度，控制車輛按照預(yù)設(shè)道路行 駛。 吉林大學(xué)設(shè)計并制造了一輛用 CCDM別地面鋪設(shè)的條狀路標(biāo)導(dǎo)航的智能車輛， 車輛由圖像識別、行駛、轉(zhuǎn)向、制動、避障和其他輔助系統(tǒng)組成。目前，該車 可以穩(wěn)定的跟蹤直線、弧線、S型線等軌跡自動行駛，車速可達(dá) 20kmi在國家 科工委和國家862計劃的資助下，清華大學(xué)計算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點 實驗室自1988年開始研制的THM源列移動機(jī)器人取得了很大的成功。它兼有 面向高速公路和一般道路的功能，目前已經(jīng)能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境 下，進(jìn)行道路跟蹤和避障自主行駛。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。

37、目前。國內(nèi)的許多高校和科 研院所都在進(jìn)行ITS關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究，隨著ITS研究的興起，我國已形 成了一支ITS技術(shù)研究開發(fā)的專業(yè)技術(shù)隊伍。并且各個交通、汽車企業(yè)越來越 加大了對ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個社會的關(guān)注程度在不斷提高。 交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計劃和 2010年長期規(guī)劃。相信經(jīng)過 相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會得到很大的提 高。 智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子 的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡 光電對管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑

38、線時，主控 芯片控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主 控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。 避障的原理和循線一樣，在車身右邊裝一個光電對管，當(dāng)其檢測到障礙物時， 主控芯片給出信號報警并控制車子倒退，轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。 擬解決的關(guān)鍵問題： (1)單片機(jī)最小系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計，以及電路板的焊制。 (2)循跡模塊和避障模塊程序的編寫，以及軟硬件的調(diào)制。 六作品總結(jié) 這個避障循跡小車使我們自己設(shè)計硬件、自己編輯軟件制作的。在制作的過 程中，我們遇到了許多困難，在困難中也學(xué)到了許多知識，亦得到了許多樂 趣。在這個過程中，我懂得了，遇到困難不要退縮，只有

39、迎難而上，方能成就 大事。同時，在學(xué)習(xí)的過程中，要注意細(xì)節(jié)。所謂細(xì)節(jié)決定成敗，便是如此。 就像我們編輯軟件的時候，出現(xiàn)過這樣一個問題，在現(xiàn)實時間這個模塊中，我 們用定時器來定時，50ms一次中斷，同時定義一個變量count ,每次中斷 count者B自力口一次，然后用if(count==20)來判斷時間，但結(jié)果卻是幾十秒才加 一次，我們花了近一天的時間沒有想出結(jié)果，最后在學(xué)長的幫助下將判斷時間 的語句改為if(count>=20),結(jié)果與自己想的一模一樣了。所以我們在以后的 學(xué)習(xí)過程中一定要注重理論知識，不要把事情想得太簡單了，這樣才可以提高 我們的能力。 參考文獻(xiàn)：《51單片C語言教程》

40、郭天祥 《C程序設(shè)計》 譚浩強(qiáng)《全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教 程》 高吉 附錄 STC89C5印片機(jī)介紹：單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。 盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要 的大部分部件：CPU內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。 同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片 機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片 上。 單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroler ),是因為它最早被用在工 業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPUW專用處理器發(fā)展而來。最早

41、的設(shè)計理 念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU1成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容 易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL的Z80是最早按照 這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng) 鍍。 早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因 為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在 8031上發(fā)展出了 MCS5保列 單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控 制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很 廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的

42、提 高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARMS歹的廣?S應(yīng)用，32位單片機(jī)迅 速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的 8位單片機(jī)的性 能也得到了飛速提高，處理能力比起 80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz性能直追90年代中期的專用處理器，而普通 的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng) 已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用 在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可 以直接使用專用的 Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處

43、理器更適合 應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機(jī)是世界上數(shù)量最 多的計算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單 片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦 配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。 汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上 甚至可能有數(shù)百臺單 片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人 類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的 芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一 臺計算機(jī)。

44、它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利 條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī) 內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作 用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很 多，不過價錢也是低的，一般不超過 10元即可…… 用它來做一些控制電器一 類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部 件。 它是一種在線式實時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有 較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式

45、計算機(jī)的（比如家用 P。的 主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同 的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做 到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000g列這些純硬件來搞定的話，電路 一定是一塊大PCB!但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片 機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智 能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng) 治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言

46、 了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的 水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計算機(jī)那樣的 CPU也 沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使 只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十 K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是 對于單片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才 行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機(jī)上 的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了 的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和 現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種

47、電腦，通常是指個人計算機(jī)，簡稱 PC機(jī)。它 由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這 種計算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這 種計算機(jī) 的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因為 它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人 類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng) 域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱 前冠以形容詞一一“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的

48、技術(shù)人員 或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單 且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器 件上。 STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可榛除只讀存儲器 (FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的 低電壓，高性能COMOS8微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATME搞密度非 易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-5甘旨令集和輸出管腳相兼 容。 單片機(jī)總控制電路如下圖4—1 5 hPm l.OuF IQlU C1+ g V+ CWD C

49、L Tlitrf C2+ ftlui C2- RI cut V- Tlu Tioui T21U RJizi 艮Md 39 POO Fiori poi purr P02 PI2 P03 P12 P04 Pi-s P05 P15 POft PIE P07 PI7 P20 3HTC P21 Ti P21 _TC P24 WVF P25 XI ■ M PX RISET INTI _ RXD 巫 TXD WR alejp men 1 罵 2 31 3 36 4 35 5 虹 A 史 1 32_ 5_ 21 口 ■ 22

50、 15 73 14 * 31 加 If n 2S 0 [L X 致謝 過了四個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了。自動化導(dǎo)論專業(yè)的認(rèn)知。從 開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都 是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)獨(dú)立開始以來完成的最大的項目。在這段 時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從專業(yè)課的一無所知，對電烙鐵， 單片機(jī)等相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的 資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品進(jìn)一步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗的成功

51、都會讓我興奮好 一段時間。從中我也認(rèn)識到了單片機(jī)活帶來的樂趣，在屬于自己的專業(yè)上，盡 情宣泄自己的情感，表達(dá)自己的感受，并且把自己的想法與他人分享，我也有 了一個屬于自己的努力空間。 然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這 里面的每一段代碼，都有我的勞動。當(dāng)看著自己的程序，自己成天相伴的系統(tǒng) 能夠健康的運(yùn)行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化 為甜美的甘泉。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要認(rèn)認(rèn)真真用心 去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能 有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望 這次的經(jīng)歷能讓我在 以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。