基于单片机的智能循迹小车毕业论文.doc

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沈阳理工大学

毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的智能循迹小车

院系：

信息与控制学院

专业：

自动化

班级学号：

08303111

学生姓名：

于海

指导教师：

刘义杰

成绩：

年月日

摘要

本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。

智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。

智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。

该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。

本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。

关键词：

单片机；自动循迹；驱动电路

Abstract

Thispaperdiscussestheintelligenttracingelectrictrolleycontrolprocess.Automatictracingisusedtomakethecarindentifyrouteautomatically,andchoosingtherightroute,basedontheautomaticguiderobotsystem.Intelligenttracingelectrictrolleyisanadvancedtechnologytorealizeautomatictracingnavigation.Itisoutofhumanmanagementbutunderthedesignedmodethatuseoftheuseofatransducer,singlechip,motordriveandautomaticcontrol.Thistechnologyhasbeenappliedinunmannedvehicle,unmannedfactory,warehouse,servicerobotandmanyotherfields.

DuringthedesignofIntelligenttracingelectrictrolley,STC89C52singleclipisusedasthecontrolcore;atthesametimewithTCRT5000reflectiveinfraredtransducerswitchtoidentifytheblackguidelineatthecentralofthewhiteroad,whichusedasthecartracingmodule,itcangatherthesignalandtransferitintodigitalsignalthatcanberecognizedbysinglechip.AndthedrivingchipL298NconstitutethedoubleHbridgeconstituteofdrivingchipL298Ncancontroldirectcurrentmotor.AmongwhichthesoftwaresystemisusingCprogram.Inanutshell,thedesignofthecircuithastheadvantagesofsimplestructure,easyimplementation,andhighreliability.

Keywords：

singlechipmicrocomputer;automatictracing;drivingcircuit

目录

1绪论 1

1.1智能循迹小车概述 1

1.1.1循迹小车的发展历程回顾 1

1.1.2智能循迹分类 2

1.1.3智能循迹小车的应用 3

1.2智能循迹小车研究中的关键技术 4

2智能循迹小车总体设计方案 5

2.1整体设计方案 5

2.1.1系统设计步骤 5

2.1.2系统基本组成 5

2.2整体控制方案确定 6

3系统的硬件设计 8

3.1单片机电路的设计 8

3.1.1单片机的功能特性描述 8

3.1.2晶振电路 9

3.1.3复位电路 9

3.2光电传感器模块 10

3.2.1传感器分布 11

3.3电机驱动电路 12

3.3.1L298N引脚结构 13

3.3.2电机驱动原理 13

3.3.3 小车运动逻辑 15

4系统的软件设计 16

4.1软件设计的流程 16

4.2本系统的编译器 17

5系统的总体调试 22

5.1硬件的测试 22

5.2系统的软件调试 22

结论 24

致谢 25

参考文献 26

附录A原理图及PCB图 27

附录B程序代码 32

附录C硬件实物图 37

IV

沈阳理工大学

1绪论

进入二十一世纪，随着计算机技术和科学技术的不断进步，机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高，智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。

1.1智能循迹小车概述

智能循迹小车又被称为AutomatedGuidedVehicle，简称AGV，是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。

智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶，安全的运输车。

工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。

AGV的另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。

AGV小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。

此外，AGV小车依靠蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。

1.1.1循迹小车的发展历程回顾

随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。

世界上诞生第一台机器人诞生于1959年，至今已有50多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：

机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。

循迹小车共历了三代技术创新变革：

第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。

支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小车装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。

第三代循迹小车是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。

智能循迹小车，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。

为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息[1]。

1.1.2智能循迹分类

AGV从发明至今已经有50多年的历史，随着应用领域范围的不断扩大，其种类和形式也变得更加多样化。

一般根据行驶的导航方式将智能循迹小车分为以下几种类型：

（1）电磁感应式

电磁感应式引导一般在地面上，沿预定路径埋电线，当高频电流通过导线，电线周围产生电磁场流动，AGV小车上安装两个对称的电磁感应传感器，他们收到的电磁信号差异可以反映的AGV偏离程度路径的程度。

 AGV自动化控制系统，基于这种偏差值，以控制车辆的转向，连续的动态的闭环控制设置能够保证AGV对设定路径的稳定自动跟踪。

在目前商业用途的AGV中，特别是大型和中型小车，绝大多数都采用电磁感应导航。

（2）激光式

安装有可旋转的激光扫描器的AGV，可安装在墙壁或有高反射激光定位标志的支柱上或者路径上运行，AGV依靠激光扫描器发射激光束，然后接收由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机，计算出当前车辆的位置和运动方向，通过内置的数字地图和校准位置相比，以实现自动处理。

目前，这种AGV类型的应用比较广泛。

基于同样的原理，如果激光扫描仪被红外线发射器，或超声波发射取代，激光制导的AGV小车可以转变为红外引导和超声引导的AGV。

（3）视觉式

视觉引导式AGV是的迅速发展和比较成熟的AGV，这种AGV配备CCD摄像机，传感器和车载电脑，在车载计算机中设置有AGV欲行驶路径周围环境图像数库。

在AGV的行驶过程中，相机得到的图像与图像数据库进行比较，以确定当前位置和车辆周围的图像信息并对驾驶下一步作出决定。

这种AGV小车并不需要设置任何的人工物理路径，所以在理论上具有灵活性，在计算机图像采集，存储和处理技术飞速发展的今天，这种类型的AGV实用性越来越强。

此外，还有铁磁陀螺惯性引导式AGV、光学引导式AGV等多种形式的AGV[2]。

1.1.3智能循迹小车的应用

智能循迹小车发展历史及主要应用场所如下：

（1）仓储业

1954年，来自美国南卡罗来纳州的MercuryMotorFreight公司成为第一批把AGV小车的应用到仓库的使用者，来实现出入库货物的自动处理。

至今世界上有超过2100个厂家把大约2万台大型或小型的AGV小车应用到自己的仓库中。

中国的海尔集团在2000年把9台AGV小车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的AGV自动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少33500的储存和装卸货物的任务。

（2）制造业

在制造业的的生产线中AGV小车大显身手，快速，精确，灵活的完成材料的运送任务。

由多台AGV小车组成的物流运输处理系统，较人工搬运系统来说更灵活，运输路线可以根据生产过程及时调整，使一条生产线，生产十几个产品，大大提高了生产的灵活性，企业的竞争力。

在1974年瑞典的沃尔沃卡尔马的汽车组装厂，提高了运输系统的灵活性，使用以AGV小车为载运工具的装配线，采用该装配线后，减少了20%装配时间、减少