避障循迹智能小车设计大赛方案书.docx

避障循迹智能小车设计大赛方案书.docx

《避障循迹智能小车设计大赛方案书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《避障循迹智能小车设计大赛方案书.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

避障循迹智能小车设计大赛方案书

队名

疾风 PRO

队长

队员

避障循迹智能小车方案书

1

摘要..............................................................................................................................3

第 1 章设计要求与方案论证 ..................................................................................3

1.1 设计任务与要求 ...................................................................................................3

1.2 设计方案论证 .......................................................................................................4

1.3 设计原理...............................................................................................................5

第 2 章系统硬件电路设计 ......................................................................................6

2.1 系统总体设计 .......................................................................................................6

2.2 模块设计分析 .......................................................................................................7

第 3 章系统的软件设计分析 ................................................................................12

3.1 总程序流程图.....................................................................................................12

3.2 程序子模块设计 .................................................................................................13

第 4 章调试与测试................................................................................................13

4.1 调试过程中遇到的问题与解决 .....................................................................................13

第 5 章小车实物图................................................................................................14

第 6 章结束语........................................................................................................15

6.1 小组分工 .........................................................................................................................15

6.2 项目进度表 .....................................................................................................................15

6.1 心得 .................................................................................................................................16

★ 参考文献

附录 一（元件清单）

附录 二（程序清单）

2

摘要

本课题是基于 STC89C52 单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够

避开赛道上的两块挡板，并在之后自主识别黑色引导线且根据黑线走向实现快速稳定的寻线

行驶。

小车系统以 STC89C52 单片机为系统控制处理器；采用红外传感器获取挡板和赛道上

黑线的信息，来对小车的方向和速度进行控制。

此外，对整个控制软件进行设计和程序的编

制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。

第 1 章任务及要求与方案论证

1.1 设计任务与要求

1.1.1 设计并制作一个避障循迹小车，其行驶路线示意图如下：

1.1.2 机器人从起点出发，在绕过两个挡板障碍物之后，自动寻找在地上的黑线，并能跟随

黑线的轨迹行走顺利地到达终点。

3

1.1.3 能显示机器人行驶的时间，里程，速度等其他功能。

1.1.4 机器人一旦启动后，不得人为干预其行驶，机器人须在 8 分钟内抵达终点，机器人冲

进禁区，需重新从起点开始，时间累加，每支队伍有 3 次机会进行避障寻轨，取最短时间计

入最终成绩，机器人长不小于 15cm，宽不小于 10cm

1.2设计方案论证

1.2.1 单片机选择方案

方案一:

用可编程逻辑器件（PLD）实现。

这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可

以很好的完成避障的功能。

但是循迹功能不能实现，而且这种方案只能选用数码管显示，显

示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求，系统的灵活性不够。

方案二:

采用STC89C52单片机作为系统的控制核心。

密码管理系统用I^2C总线AT24C02来

实现，温度感应用DS18B20来采样温度，利用PWM控制电机转速。

由于使用了单片机，整个系

统可编程，系统的灵活性大大增加了。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。

1.2.2 避障的选择

方案一：

在避障模块中，选择超声波避障，优点是反应速度灵敏，距离远，受外界干扰

小。

但题目所要求的距离是20cm，如果利用超声波传感器进行避障的话，由于空间小声波在

小空间不同方向里会进行多次反射，左右前后的传感器之间互相干扰，使控制中心不能明确

判断出那个方向遇到了障碍物，从而动作絮乱，不能实现要求。

方案二：

使用红外接收头和发射管（反射头能反射）配合，利用38K频率解决灵敏度问

题。

38K调制和发射电路。

使用一个定时器的快速PWM模式产生38K调制信号，通过剩余的

四个施密特触发器缓冲，推动8050三极管和红外发光管发射已经调制的红外线。

期中2个N148

接单片机IO脚控制左右红外发光管轮流发射。

后面串接的可见光LED是为了方便用户调试而

设置的，让用户知道当前是否在发射红外线。

通过调节PWM的占空比，调节红外发光管的

亮度，从而实现调节感知障碍物距离的功能。

4

经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。

1.2.3 显示模块的选择

方案一：

使用多个数码管显示。

LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮

度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。

但是由于它工作电流较大、不能显示汉

字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。

方案二：

采用液晶显示。

液晶特别是具有字母显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，

不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息

量丰富且直观易懂。

而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污

染等优点。

系统采用方案二，设计选用LCD1602液晶显示模块。

1.2.4 电机模块的选择

方案一：

采用步进电机，由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和

位置的精确定位。

但其输出力矩低，控制复杂，质量较重。

方案二：

采用直流电机，其控制比较简单，可以通过调节方波占空比来实现 PWM 调速，

缺点需外加传感器实现路程的计算。

基于以上分析，我们选用了直流电机。

1.3 设计原理

1.3.1 避障原理：

避障传感器我们选择光电漫反射开关，是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器

和接收器构成单个的标准部件，当光电开关有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变

化，从而一起输出端电平的变化，继而利用电平进行障碍物判断。

1.3.2 循迹原理：

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数

5

不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。

通常采取的方法是红外探测法。

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，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，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。

单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。

红外探测

器探测距离有限。

1.3.3 测速原理：

这里我们采用光电码盘来测速，码盘圆周上有等分等宽的透光条码和遮光条码，通过采

到的脉冲来进行转速与电信号的转换。

码盘与车轮同轴，置于光电对管之间，当车轮转动时，

条码就可以交替的透光和遮光，从而产生一连串脉冲电压信号。

第 2 章系统硬件电路设计

2.1系统总体设计

系统硬件结构框图

2.2模块设计分析

6

2.2.1避障传感器模块

漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将

光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。

漫反射开关检测原理图

我们所选择的漫反射关电开关的检测距离可达 30cm，其抗干扰的能力强，可进行可靠

的避障。

2.2.2循迹传感器模块

反射式光电传感器是经常使用的传感器。

我们采用的红外发射接收管对价格便宜、体积

小、使用方便、质量可靠、用途广泛。

在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测

量接收管的电压为 4．8V ，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，所得

电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为 0V，测试基本满足要求