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1、选题智能避障小车的设计与制作院系电子系专业电子信息科学与技术学生姓名指导教师张贺东本选题的意义：避障寻迹小车可以通过自动感知引导线以及躲避障碍物在工作当中取代人力运输， 节省人力以及成本。智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能 及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它 在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途 径。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。电子设计涉及到 多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术 等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，
2、它是一个国家高科技实例的一个重要标准， 可见其研究意乂很大。工作原理：避障寻迹小车是通过红外探头以及寻迹模块感知外围状况，将所感知到 的数据以1、0的信号形式返回给单片机，然后再通过单片机针对不同的情况进行控制， 从而实现避障寻迹的功能。研究内容：在现有电动车框架的基础上，加装红外探头以及寻迹模块，实现对电动车的运行状 况，运行路线的实时测量，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，即自动避障、自动寻迹等功能。在有轨迹的 地方小车能够沿轨道行驶，当遇到障碍的时候就自动转入避障模块。这种方案能实现对 电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠
3、，精度高，可满足对系统的各项要求。研究方法、手段及步骤：1、循迹控制模块采用AT 89 C 5 2R作为控制核心。STC89C52RC单片机成本低、性能高，超强抗干 扰（电源、复位电路都经过特殊处理，每个I/O 接有二极管钳位保护），超低功耗， 无法解密，低EMI（电磁干扰），而且与传统8051单片机程序兼容，硬件无需改动，支持 ISP（在系统编程）及IAP（在应用编程）技术。2、避障模块采用三个红外探头，分别置于车的前、左、右放向。当检测到前方有障碍物的时候 将信息反馈到单片机，单片机再通过返回信息进行控制。3、电机模块采用直流电机。直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当
4、 的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可 以采用调节电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的 电压为方形波形，通过改变方形的占空比实现对电机转速的调节。4、电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱 动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能 端。用该芯片作为电机驱动，驱动能力大，操作方便，稳定性好，性能优良。参考文献1 新编MCS-51单片机应用设计（第3版）张毅刚编著 哈尔滨工业大学出版社2008年04月2 C语言程序设计（第三版）谭浩
5、强编著清华大学出版社2005年07月3 学位论文：佚名智能小车设计毕业论文4 单片机C语言编程与实例赵亮、侯国锐编著人民邮电出版社2003年9月5Yamato I , et al 1 New conversion system for UPS using high fre2quency 1inkJ 1 IEEE PESC ,1988 :210-320.摘要本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成 软硬件设计方法。小车以 AT89C52 为控制核心，利用车前三个红外探头检测周 围信息，以及循迹模块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
6、信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从 而使小车能够自动避障和沿着黑色轨迹自动行驶 ,实现小车自动避障寻迹的目 的。关键词：AT89C51 ;直流电机；红外探头；循迹模块AbstractThe design is based on singlechip microcomputer controlautomatic tracingsystem, includingsystem hardware and software design method of car. The car takes AT89C52 as the control core, using the frontth
7、ree infraredprobe detectionof peripheralinformation,and trackingmodule on pavement black locus were detected, and the pavement detection signal feedback to the microcontroller. Single chip signal gives the analysis judgment, to control the drive motor to adjust the car steering, so that the car can
8、automaticallyavoid obstaeles and along the black path automatic driving, realize automatic obstaele avoidance tracing purposes.Key words: AT89C51; infrared sensor; tracking module目录摘 要4.第一章 前 言1.1.1本选题的意义 1.1.2智能小车的发展现状及未来趋势2.1.3智能小车的研究意义2.第二章 寻迹避障小车工作原理 32.1壁障寻迹小车工作原理 3.2.2控制系统总体设计3.2.2.1 AT98C52单片
9、机42.2.2红外探头避障模块4.2.2.3寻迹模块6.2.2.4电源模块6.2.2.5电机及驱动模块6.8.第三章 硬件设计3.1总体设计83.2驱动电路93.3信号检测模块1.03.4主控电路第四章 软件设计1.34.1主程序框图：1.34. 2寻迹模块程序设计1.44.2.1寻迹程序框图及其真值表.1.4.4. 4避障模块程序设计1.54.4.1避障框图及其真值表1.5结束语1.7.致 谢1.8.附录一 硬件原理图1.9附录二 程序清单2.1参考文献2.6第一章 前 言1.1本选题的意义自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、 交通、宇航、国防等领域。近年来机器
10、人的智能水平不断提高，并且迅速地改变 着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人 劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器 成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统， 对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很 落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视 觉传感器的核心器件是摄像管或CCD,目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传 感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略 感觉的系统中考虑使用接近觉传
11、感器是一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知 导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG au to-guide vehigl系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动 避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应 的执行动作。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。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功 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。基于上述要求，传感检测部
12、分考虑到小车一般不需要 感矢U清晰的图像，只要求粗略感矢U即可，所以可以舍弃昂贵的ccd传感器而考虑 使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机 来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方 案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现 精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精 确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。 CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。1.2 智能小车的发展现状及未来趋势现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都
13、有实质成果。其基本可实 现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛 智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我 此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。1.3智能小车的研究意义随着我国科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也 广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能 小车是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、 软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。而智能电 动车正是智能机器人的一种，具有不可估量的实际意义。其避障寻迹技术的研究 可以带来交通
14、运输的巨大改革，也为车辆的自主导航能力的实现和无人自动驾驶 车辆的实现提供了重要技术。第二章 寻迹避障小车工作原理2.1 壁障寻迹小车工作原理工作原理：避障寻迹小车是通过红外探头以及寻迹模块感知外围状况，将所 感知到的数据以1、0 的信号形式返回给单片机，然后再通过单片机针对不同的 情况进行控制，从而实现避障寻迹的功能。2.2 控制系统总体设计图 2-1 主控系统结构图1、 主控制电路模块：用 AT89C52 单片机2、红外检测模块：红外探头传感器3、寻迹模块：红外对管传感器4、电源模块：双路开关电源5、电机及驱动模块:电机驱动芯片L298N、两个直流电机2.2.1 AT98C52单片机图2-
15、2 AT89C52电路图采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的 性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点 上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机 就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格 低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。2.2.2红外探头避障模块采用三只红外探头分别置于小车的前端两侧以及正前端放向，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应，再向没有检测都障碍物的 一方行走。图 2-3 加调制的发射管接电源(a)发射器整流稳压 接电源图 3-4 红外避障原理2.2.3寻迹模块采用五只红外对管，一只置于轨道中间，四只置于轨道外侧，当小车脱离 轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任
