智能循迹避障小车设计.doc

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毕业设计（论文）

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摘要

自从首个工业智能设施诞生以来，智能设施的发展已经扩展到了包括机器、刻板、电子、冶金、交通、宇航、国防等产业领域。

近年来智能设施水平迅速上升，大大的改变了大多数人类的生活方式。

在人类的智能化技术不断飞速进步的过程中，能够取代手动的机器人在更加人性化的同时也越来越智能化。

本文主要讨论了基于单片机的智能循迹避障小车的设计。

智能自动循迹制导系统在驱动电路的基础上，实现自动跟踪汽车导线，而智能避障是使用红外传感器测距系统来实现功能来规避障碍。

智能寻光避障小车是一种采用了多种传感器，以单片机为核心，电力马达驱动和自动控制为技术，根据程序预先确定的模式，而不是人工管理来实现避障导航的自动跟踪高新技术。

这项技术已广泛应用于智能无人驾驶、智能机器人、全自动工厂等许多领域。

这个设计使用STC89C52单片机[1]作为小车的智能核心，使用红外传感器对智能小车跟踪模块识别引导线跟踪，收集模拟信号并将信号转换成为数字信号，使用C语言编写程序，设计的电路结构简单，易于实现，时效性高。

关键词：

智能化；单片机最小系统；传感器；驱动电路

ABSTRACT

Fromthefirstlevelofindustrialintelligentfacilitiessincebirth,thedevelopmentofintelligentfacilitieshasbeenbroadenedtoincludemachinery,electronics,metallurgy,transportation,aerospace,defenseandotherfields.Intelligentfacilitieslevelrisinginrecentyears,andrapidly,significantlychangedthewaypeoplelive.Peopleintheprocessofthinking,improvement,learningandintelligenceofreplacethemanualmachineismoreandmore.

Thispapermainlydiscussestheintelligenttrackingbasedonsinglechipmicrocomputercontrolprocessoftheobstacleavoidancecar.Intelligentautomatictrackingisbasedonthedrivingcircuitoftheguidancesystem,toachieveautomatictrackingcarline;obstacleavoidanceistheuseofinfraredsensorrangingsystemtorealizethefunctiontoevadeobstacles.Intelligenttrackingobstacleavoidancecarisausedifferentsensor,motordriveforpowerandautomaticcontroltechnologytorealizeaccordingtotheprocedurespredeterminedmode,notbyartificialmanagementcanrealizetheautomatictrackingofobstacleavoidancenavigationofhighandnewtechnology.Thetechnologyhasbeenwidelyusedinunmannedintelligentunmannedline,intelligentrobotandsoonmanyfields.

Usinginfraredsensorsforcartrackingmoduletoidentifytheguidelinetracking,collectinganalogsignalandconvertsthesignalintodigitalsignal;UsingClanguagetowritetheprogram,thedesignofthecircuitstructureissimple,easytoimplement,timelinessishigh.

Keywords:

Intelligent;Singlechipmicrocomputerminimumsystem;TheSensor;Drivercircuit

目录

第1章绪论 1

1.1智能小车的发展近况与趋势 1

1.2课题研究的目的及意义 1

1.3课题研究的主要内容 2

第2章方案设计 3

2.1系统概述 3

2.2硬件模块方案 3

2.3软件模块方案 5

第3章硬件设计 6

3.1电源模块 6

3.2核心控制模块 6

3.3循迹模块 7

3.4避障模块 8

3.5无线遥控模块 9

3.6电机驱动模块 10

3.7拓展模块 13

第4章软件模块 15

4.1循迹程序模块 15

4.2避障程序模块 16

4.3无线遥控程序模块 17

4.4寻光拓展程序模块 18

4.5驱动电机程序模块 19

第5章系统测试与分析 20

5.1硬件调试 20

5.2软件调试 21

总结 22

参考文献：

23

附录 24

致谢 25

第1章绪论

1.1智能小车的发展近况与趋势

1.1.1智能小车的发展近况

现阶段智能汽车的发展十分的迅速，从智能玩具到其他各行各业都有实质性的结果[1]。

基本可以实现跟踪和避障测试、光学信息存储等日常生活中基本能够涵盖到的功能，智能汽车的电子设计竞赛中的声音控制系统开发以及人工智能化是近几年中一个非常大的侧重点。

1.1.2智能小车的发展趋势

现今的智能小车的科技含量已经非常的高了，目前在研究和发展阶段的中，各种外部的传感器构成，使得小车能够通过感官系统外部环境的信息采集来进行精密的描绘外部环境的变化[2]。

智能循迹小车能根据环境的转变，依靠其本身内置的程序模块知识库，在很多十分复杂多变的场景中依旧能够完成所制定的功能模块，并具有一定的决策和适应能力、自我学习能力和自我组织的能力[3]。

为了让智能小车能更加完善的完成预订的功能模块，在应该所具有较高的智能化和普遍的应用化技术研究，另一方面也应该探讨多类传感器信息融合技术的发展，以获得小车途径中周围环境更准确，更全面的信息。

1.2课题研究的目的及意义

1.2.1课题研究目的

智能化机器人的不断涌现和此技术的迅速发展，使得传统的生产发生了根本的改变，让人类的生产方式从繁重且机械式劳动进入到了机械与自动化智能的新时代。

机器人技术是科学研究领域的一个极重要的焦点[4]。

机器人研究集物理力学、电子、机械工程、计算机科学和自动控制为一个有机整体，是一个综合性十分强的全面化学科。

1.2.2课题研究意义

伴随着社会的飞速发展，科学技术水平的提高，人们都希望创造一种能够代替人类来完成部分的危险或者其他的要求且拥有高等精度的工具，于是便诞生出了智能化学科。

现在所涌现出来的智能小车都发展的非常迅速，从智能化玩具到其他的各行各业都有了很大且实质性的效果。

可以实现基本的跟踪循迹、避障、寻光进库、规避悬崖等功能，部分电子设计大赛的智能汽车的重点都在在语音控制系统开发上有了非常大的偏移。

1.3课题研究的主要内容

包括距离感应器在内的机器人传感器，使得自动化行驶成为一个机器人的重要组成部分。

视觉传感器的典型应用领域就是自主智能导航系统，因为各种不同的视觉图像处理技术的发展，机器视觉技术和基于图像理解技术，需要通过大量的作业就可以知道一些简单的结构化的环境目标[6]。

核心的设备是一个自动化场效应管或视觉感光传感器，视觉感光传感器已经能够基本的实现自动化对焦。

但是视觉感光传感器的价格昂贵，使用得其在某些方面的优势是非常微弱的，所以在不需要一个非常清晰的图像而只需要粗略感觉下，自动化场效应管传感器的使用系统被认为是一个最为实用和有效的选择方法。

机器人要达成独立导向引导效果以及避障的功能模块，就必须要规范和感知障碍，这就需要给予智能化设备一个十分精准的视觉引导线性函数。

智能避障控制系统是基于自动化智能引导车辆系统（AVG-自动引导车辆），在此系统实现自动识别的基础上，让我们的智能汽车能够自动避开障碍，并且选择正确的行驶道路[5]。

使用一个优秀可行的传感器以及一个接近完美无重大问题的函数算法是小车能够作出正确的判断和相应的步骤的一个至关重要的点。

智能汽车已经可以说成为了智能机器人的一个十分典型的重要代表。

它可以在结构上大致的分为三个部分：

传感器检测部分、执行部分和中央智能处理器。

机器人如果基本达成了自动避让障碍物的效果模块，还能够将此功能应用到感知轨道、远离干扰物等其他方面。

第2章方案设计

2.1系统概述

根据实际的所需要求，所以使用以下解决方案：

基于现有的电动智能化玩具汽车，配备基础并精准的光电传感器，实现电动智能小汽车的运行速度、位置都能够进行实时检测，将数据传输到单片机中进行处理，然后根据所检测到的不同的测试数据，反馈到单片机以实现智能控制此智能化电动小汽车。

这个方案可以实现在进行实时运动的过程中同时使得电气控制具有灵活、可靠、精度高的特点[6]。

由单片机作为整个系统的控制核心来控制的汽车性能指标。

一个完整的分析系统，关键是要意识到汽车的自动控制，在这一点上，单片机将显示其优势，其控制方便简单，迅速快捷。

因此，可以充分利用其丰富的资源和更加强大的控制功能，可以解决其他控制核心出现的操作功能，价格等缺点。

2.2硬件模块方案

2.2.1硬件模块系统结构

使用简洁明了的系统设计方案。

在智能循迹模块中，使用红外感应以及高精度光电二极管来判断所设置路径，并进行跟踪功能的工作；在智能避障模块中，使用超声波测距模块检测前方障碍。

在获得传感器数据后，然后再由单片机通过IO口控制驱动模块改变两个直流电机的工作状态,最终实现自动跟踪。

如图2.1所示：

图2.1智能循迹小车控制系统结构框图

2.2.2各模块功能概述

整体模块可以分为以下几个部分：

核心控制模块：

使用STC89C52单片机芯片作为主要控制单元。

此单片机优点十分的多，也是我们在大学时使用频率最高的一款单片机型号，因为其所具有的操作简便，成本低廉，抗干扰能力十分强的特点而受到广大电子技术者的喜爱。

循迹模块：

使用了红外传感器，因为其的信号稳定性以及波形制式等原因，可以有效的减少外界的干扰因素所带来的影响。

信号采集部分相当于是智能循迹避障小车的眼睛，黑色引导线的识别和执行的高电平和低信号传送到控制单元中，控制驱动模块和单片机指令生成控制两个直流电机的工作状态,完成自动跟踪。

避障模块：

采用反射式超声波测距换能器，只要有物体反射超声波时就能有信号输入，再将接受信号的计时器值减去发送信号时计数器的值，就可以得出小车至所测量到的干扰物的距离。

将此距离信息发送给核心控制模块，单片机将会根据程序设定使小车的行驶发生偏移，从而达到规避干扰物的目的。

红外遥控模块：

采红外模块分为一个红外接受元器件与一个红外发射元器件（即红外遥控器），通过红外发射元器件发射对应频率的红外接受元器件中。

使得红外接受元器件的信号发生改变，再将这个信号传