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1、目录 摘 要 .I ABSTRACT II 1.绪论 .1 1.1 课题背景1 1.2 国内外的研究现状分析1 1.3 课题研究的目的和意义2 2.系统方案设计 .3 2.1 循迹原理3 2.2 系统总体框图3 2.3 轨迹检测模块4 2.3.1 传感器模块 4 2.3.2 检测放大器方案 4 2.4 MCU 控制模块 6 2.5 电机及驱动模块7 2.5.1 转向和动力 7 2.5.2 电动机模块 7 2.5.3 调速系统 8 2.5.4 电机驱动模块 9 2.6 电源模块9 2.7 显示模块.10 2.8 系统工作原理.10 3.硬件设计 11 3.1 电源模块设计.11 3.1.1 智能
2、车电源设计要点.11 3.1.2 低压差稳压芯片 LM2940 简介 .11 3.2 单片机最小系统设计.12 3.3 前向通道设计.14 3.4 后向通道设计.20 3.4.1 后向通道简介20 3.4.2 后轮电机驱动模块设计21 4.软件设计 25 2 4.1 系统总体流程图.25 4.2 PWM 调速简介以及实现 .26 4.3 程序的模块化设计.27 4.3.1 小车循迹原理流程图.27 4.3.2 定时器中断程序流程图.29 4.3.3 部分程序设计.30 5.仿真结果分析及结论 33 5.1 PROTEUS 软件仿真结果 33 5.2 仿真结果分析.35 6.结束语 36 致 谢
3、 37 参考文献 38 附 件 39 文献综述 45 重庆理工大学毕业设计基于单片机的简易寻迹机器人设计 I 摘要 智能车辆作为现代社会的新产物，以及在智能车辆基础上开发出来的产品已 成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备，智能小车的研究和开发 正成为广泛关注的焦点。本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统， 系统的设计主要分为总体方案设计、硬件和软件设计，其中每一部分均采用模块 化设计原则，使得设计易读、易修改、易扩充。 该设计重点介绍循迹小车如何解决轨迹检测和路线跟随问题。系统以 AT89C51 为控制核心，利用定时器 T0 通过定时器中断产生 PWM 波形，通过调整占
4、空比控制小车速度和转向。利用红外光电传感器 ST188 对路面黑色轨迹进行检测， 并将路面检测信号反馈给单片机，单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控 制左右轮电机的转速以调整小车转向，从而使小车能够沿着环形黑色轨迹自动行 驶，达到自动寻迹的目的。 关键词：80C51 单片机、光电检测器、PWM 调速、电动小车 II Abstract Intelligent vehicle is a new product of modern society， and product development based on intelligent vehicle has become a key equi
5、pment automation logistics transportation， flexible production organization system， research and development of intelligent vehicle is becoming the focus of attention. The design is a simple car auto tracing system based on single-chip microcomputer control， system design mainly includes design， as
6、the scheme of hardware and software design， where each part adopts modular design makes the design principle， readable， easy to modify， extend. The design focuses on how to solve the problem of trajectory tracking car detection and route to follow problem. System uses AT89C51 as the control core， us
7、ing the timer T0 timer interrupt through PWM waveform generation， by adjusting the duty cycle control vehicle speed and steering. For tracing using infrared photoelectric sensor ST188， and the pavement detection signals back to the SCM， SCM to analysis signal collected， timely control left and right
8、 wheel motor speed to adjust the car steering， so that the car can along the ring shaped black trajectory automatically， to achieve the purpose of automatic tracing. keyword:keyword: 80C51 microcontroller， photoelectric detector， PWM speed， electric car 重庆理工大学毕业设计基于单片机的简易寻迹机器人设计 1 1.绪论 1.1 课题背景 目前，在
9、企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智 能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产 组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设 计。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等 功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动 保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情 况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能 车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备: 1) 计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图
10、像的预处理、增强、 分析、识别等工作。 2) 摄像机，用来获得道路图像信息。 3) 传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前 方、侧方、后方障碍物等信息。 智能车辆作为移动机器人的一个重要分支正得到越来越多的关注。 1.2 国内外的研究现状分析 智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的 模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到 的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退， 比较先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现 其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预
11、，是一个集环境感知、规划 决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、 通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。 国外智能车辆的研究历史较长。它的发展历程大体可以分成三个阶段： 第一阶段 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。 第二阶段 从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有 成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成 2 立
12、了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进 巡航/辅助驾驶研究会。 第三阶段 从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。 最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人 研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1Navlab10）的研究，取 得了显著的成就。 而我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且 大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面 的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一 系列的成
13、果，主要有： 1) 中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年 研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。 2) 南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等 多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光 雷达、陀螺惯导定位等传感器。 可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔 的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论 知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。 1.3 课题研究的目的和意义 目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对 特殊条件下的安全
14、监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现， 如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数 据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。 该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器 检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现循迹功能，还可以扩展自动避障等功 能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线， 并检测到障碍物自动躲避。 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程 中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路， 采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相
15、关学科的理论知识， 联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深 对控制理论的理解和认识。 重庆理工大学毕业设计基于单片机的简易寻迹机器人设计 3 2.系统方案设计 按照题目要求，本次设计的系统是利用主控芯片控制电机，通过相关传感器 对路面的轨迹信息进行检测，并将检测信号传输给控制器，然后控制器做出相应 的处理，实现小车的寻迹前行。设计的首要问题即解决路径检测和小车转向。 2.1 循迹原理 采用与地面颜色有较大差别的线条(例如白色路面上画一条黑色曲线)作引导 线，由于不同颜色对光线的反射系数不同，因此可根据反射光的强弱来判断路径 是否正确。 在该模块中可选用一种简单有
16、效、应用较普遍的检测方法红外探测法1。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特 点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时发生 漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小 车上的接收管接收不到红外光。 正是基于光电传感器对是否接收到反射信号所产生的电压信号原理，经过后 续电路处理来判断行车路径是否正确，通过单片机控制系统调节寻迹小车的转向 使其能够自动检测到引导线，并沿此引导线移动。 2.2 系统总体框图 根据设计要求，小车系统主要分为以下几个模块: 单片机控制模块、轨迹检 测模块、电机驱动模块。系统框架图如图2.1所示 电机驱动模块单片机 控制 模块 电机 轨迹检测模块小车 图图2.12.1 系统框架图系统框架图 单片机控制系统相当于寻迹机器人的大脑，轨迹检测系统相当于寻迹机器人 4 的眼睛，电机系统相当于机器人的腿脚。由轨迹检测系统检测曲线的位置并输出 检测信息，对检测信息进行处理后将其输入到控制系统，控制系统根据输入信息 进行判断，并根据判断结果输出指令给移动系统，移动系统根据指令
