循迹避障小车设计

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1、电气与信息工程学院论文题目系 另U自动化系专业班级自动化学 号姓 名指导教师目录 摘要： 关键词：一、设计任务概述1.1 设计任务概述1.2 基本任务1.3 发挥部分二、系统方案论证与选择2.1 车体方案论证与选择2.2 控制模块论证与选择2.3 电源模块论证与选择2.4 电机模块选择与论证2.5 电机驱动模块选择与论证2.6 避障模块的选择与论证2.7 循迹模块选择与论证2.8 显示模块论证与选择2.9 智能小车最终方案三、硬件系统的设计与功能实现3.1 智能小车主线路板制作3.2 微控制器电路的设计与原理3.3 电源电路原理与设计3.4 电机驱动电路的原理与设计3.5 避障电路的原理与设计

2、3.6 循迹电路的原理与设计3.11 系统其它功能的扩展四、软件设计的实现与说明 4.1 主程序流程图4.2 路面循迹子程序流程图4.3 智能小车系统的部分程序清单五、系统功能测试5.1 使用仪器及设备清单的说明5.2 系统功能测试5.2.1 基本要求部分的功能测试5.2.2 发挥部分的功能测试六、结论七、结束语八、参考文献：循迹蔽障小车摘要本设计采用 STC89C52 单片机作为循迹避障车的控制核心，主要由寻迹模块、蔽障模块、电机驱动模块、LED显示模块等电路组成。通过硬件和软件的结合，小车能够沿着黑色的轨 迹行驶，碰到障碍物会自动停止并避开关键词：STC89C52循迹蔽障传感器第一章 绪论

3、1.1 引言随着科学技术的发展，自动化、智能化的程度进一步得到了提高，新一代智能车的研发 在国内外受到越来越多的重视。由于传统的车都是有人进行操作和控制，不可避免的存在一 些问题，所以急需开发新型的智能车系统。我们制作了“智能循迹小车”模型。设计的智 能电动小车应该具有自动寻迹、寻光、避障功能，可编程控制行驶速度、准确定位停车。 1.2 设计要求设计并制作一个能自动循迹和蔽障的智能小车。1.2.1 基本要求（1）、小车能够从起点出发沿着黑线跑道行驶；（2）、小车碰到障碍会自动停止并避开。（3）、状态显示功能1.2.2 发挥部分（1）、对小车进行速度检测并显示；（2）、设计远程控制模块地小车进行

4、远程遥控；（3）、其他。AW- Vt- 、ZL、I ? -第二章 设计方案2.1 设计思路根据题目的要求，确定如下方案：设计光电检测电路，实现对电动车的速度、位置、运 行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种 数据实现对电动车的智能控制。种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对 系统的各项要求。本系统设计的整体结构如图2-1 所示。起停、墙壁信息探测信息显示看门狗电路O1231irjt 7 o 1 2 3 t rj 7 popopopopopopopoP2MP2P2P2P2P2P2巩plplplplplplplnJID

5、JIS9C52 11ioEMVPIQ32KESEI1J电机调速图 2.12.2 方案论证2.2.1 车体设计方案 1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动 电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑， 使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不 能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90 度甚至180 度的弯角。 再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。 而且这种电动车一般都价格不菲。因此我们放弃了此方案。方案 2：自己制作电动车

6、。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，后万向 轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体尾 部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地 旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90 度和 180 度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了 三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮 驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。方案一：采用AT89C51系列单片机作为系统控制器。在本设计中，使用的I/O 口资源 较多

7、和需要语音的播报和识别，对于51 单片机来说，实现这些功能都比较困难。方案二:采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心SPCE061是一款拥有2K RAM、 32KFlash、32个I/O 口，并集成了 AD/DA功能强大的16位微处理器，它还拥有丰富的语 音处理功能，为小车的功能扩展提供了相当大的空间。独特的语音功能可使本系统具有更好 的人机交互界面。而且它内部还有PWM脉宽调制，可以实现电机调速。综上分析，选择方案二更有利本设计。2.2.2 寻迹传感器选择与论证方案一：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而 变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，

8、光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。 因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就 可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他 更加稳定的方案。方案二：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器 是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。采用RPR220 完全可以有效的降低干扰，而且方便可行，能够准确的实施检测。RPR220 采用 DIP4 封装，其具有如下特点：塑料透镜可以提高灵敏度。内置可见光过 滤器能减小离散光的影响。体积小，结构紧凑。且当发光二极管发出

9、的光反射回来时，三极 管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。综上分析选择方案二，采用RPR220光电对管。2.2.3 电机驱动及直流调速系统 这里我采用直流减速电机作为小车的动力源。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功能，很 方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。下面设计直流电机 的驱动电路。方案一：采用分立元件构成电路来驱动直流电机。由于分立元件构成电机驱动电路，结 构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控

10、制，通过控制开光的切换速度实现对小车 的速度进行调整。该电路简单，但继电器的体积大、要驱动电路，且寿命有限。方案三：采用L298作为电机驱动芯片。L298是一种直流电机控制器件，该器件具有外 围电路简单、稳定性高等特点。综合以上考虑我们选择方案三作为直流减速电机的驱动电路。2.2.43.1 硬件设计3.1.1 光电传感器设计 本智能安保车采用光电对管，通过光电对管检测到黑白线时输出的电压不同，再通过比较器处理，可以实现当光电对管遇到黑线时，比较器输出高电平，遇到白线时输出低电平本设计用的比较器是LM339。电路原理图如下图3-1所示：图 3-1 光电对管检测电路图在图22中，可调电阻R3可以调

11、节比较器的门限电压，经示波器观察，输出波形相当规则，可以直接通过单片机处理。3.1.3 电机驱动模块通过驱动电路控制电机的正转和反转，实现小车的前进和倒退。本设计采用L298作为驱动芯片，驱动电路设计如图3-3所示：XTO CONTROL CIRCUITDI TO l ： IA FAST HECOVERT DfCDEdn-1200mJLT；红外遥控第四章 软件设计系统软件设计说明 在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生 产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于 本系统，软件更为重要。在单片机控制系统中，大体上可分为数据

12、处理、过程控制两个基本类型。数据处理包 括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行 计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分 叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序 设计方法叫模块程序设计法。模块程序设计法的主要优点是：1、单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；2、模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；3、模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。本系统软件采用模块化结构，由主程序、定时子程序、避障子程序、中断子程

13、序显示子 程序、调速子程序、算法子程序构成附录 A 程序清单#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define _Nop() _nop_()sbit mgl=P0A1;sbit mgm=P0A2;sbit mgr=P0A3;void Delay_1000us(uint z);void flrhab();sbit ir_port=P3A2; /*遥控输入脚*/uchar ir_code4;/*遥控接收数据*/uchar ir_bit=0;/*遥控接收成功*/uchar ir_liangfa=0

14、; /*连发码位*/void open_yaokong() /*开启遥控接收*/IT0=1; /*打开外部中断*/EX0=1;EA=1;/void delay_882us() /* 延时 882us */uint i;i=110;while(-i);void delay_1000us() /* 延时 1000us */uint i;i=125;while(-i);void delay_2400us() /* 延时 2400us */uint i;i=300;while(-i);void yaokong_int() interrupt 0 using 1uchar i,j;EA = 0;for(i=0;i0;i-)for(j=0;j8;j+) while(ir_port=0)