基于单片机的智能小车设计红外避障综述.docx

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基于单片机的智能小车设计红外避障综述

单片机系统课程设计

智能小车（避障及循迹）的设计

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摘要

智能作为现代社会的新生产物，是未来的发展的一个重要方向，它可以按照预定的模式在特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期目标。

本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等对智能化机器人，智能家用电器等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。

整个智能小车设计主要以单片机为控制核心，通过红外遥控实现小车前后左右的移动，以及对小车功能模式的转换；通过红外传感器,实现小车的避障功能和循迹功能。

设计采用对比选择，模块独立，综合处理的研究方法。

结合实际情况对比方案优劣选出最优方案进行设计。

从红外遥控，红外循迹和避障，都严格按照科学严谨态度完成。

通过调试检测各模块，得到正确的信号输出，实现其应有的功能。

最后将各个调试成功的模块结合到小车的车体上，结合程序，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预期的目标，完成最终设计与制作，能使小车在一定的环境中智能化运转。

关键词：

智能小车避障循迹遥控

Abstract

Smartasanewproductofmodernsociety,itisanimportantdirectionoffuturedevelopment,itcanbeaccordingtothepredeterminedpatterninaspecificenvironmentofautomaticoperation,withouthumanmanagement,canachieveexpectedgoal.Thisdesignmainlyreflectsthemulti-functioncarintelligentmode,thetheoryinthedesignofscheme,analysismethodandspecialfeaturesandinnovationpointofintelligentrobot,intelligenthomeappliancessuchasthedesignofautomaticsemi-automaticrobotandpopularityhavecertainreferencesignificance.

Thesmartcardesignmainlybythesinglechipprocessorasthecore,throughinfraredremotecontroltorealizethecarmovingaround,aswellastothecarfunctionmodeconversion;Throughtheinfraredsensor,achievethefunctionofcarobstacleavoidanceandtrackingfunction.IndependentdesignUSEScontrasttochoose,module,integratedprocessingmethods.Combinedwithactualsituationcomparingschemetodesignandchoosetheoptimalsolution.Fromtheinfraredremotecontrol,infraredtrackingandobstacleavoidance,areinstrictaccordancewiththescientificrigorousattitudetocomplete.Throughdebuggingtestmodule,getthecorrectoutputsignal,realizeitsfunction.Finallycombinethemodulesofvariousdebuggingsuccessoncarbody,combinedwiththeprogram,throughthesingle-chipmicrocomputercontrol,toeffectivelyintegratevariousmodulestogether,achievetheexpectedgoals,completethefinaldesignandproduction,canmakethecarintelligentoperationinacertainenvironment.

Keywords:

intelligentcaravoidancetrackingcontrol

第一章绪论

1.1设计的背景和意义

随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。

各种智能化小车在市场玩具中也占一个很大的比例。

根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。

而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大改变：

传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。

美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年交2003年增长52%，而传统玩具的年销售额仅增长3%。

英国玩具零售商协会选出的2001圣诞节最受欢迎的十大玩具中，有7款玩具配有电子元件。

从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩家行业发展的主流。

如今知识工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。

显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。

随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。

计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化开辟了广阔前景。

因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的。

1.2智能小车的发展现状

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。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。

可见其研究意义很大。

智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的综合系统。

它集中的运用了计算机、传感器、信息。

通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

一.国外智能车设计竞赛

（1）美国的智能车大赛

美国国防部与院校、企业和发明家联合开展，全球领先的智能汽车竞赛。

2007年11月，美国第三届智能汽车大赛在加州维克托维尔举行。

本届智能汽车比赛的目标是对未来科学家的激励。

大学、企业和发明家们期望制造出通过洛杉矶和拉斯维加斯间荒地、行程160km的自主控制汽车。

参赛汽车的车顶上有旋转的激光器，两边有转动的照相机，完全由电脑控制，利用卫星导航、摄像、雷达和激光，人工智能系统可判断出汽车的位置和去向，随后将指令传输到负责驾驶车辆的系统，丝毫不受人的干涉，用传感器策划和选择路线。

参赛的无人驾驶智能汽车沿着附近公路飞奔。

（2）韩国大学生智能车大赛

韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办，以HCS12单片机为核心的大学生智能模型汽车竞赛。

组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。

二.国内智能车辆竞赛现状研究

（1）竞赛的起源

2005年11月，中国教育部高等学校自动化专业指导分委员会与飞思卡尔半导体公司签署了双方长期合作协议书。

协议书规定从2006年起，飞思卡尔将至少连续5年协办“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛，提供参赛队的标准硬、软件技术平台和竞赛优胜者奖金,并为主办单位提供一定的竞赛组织经费,我国智能车竞赛由此开始.

（2）智能车竞赛的地位

教育部：

与老牌的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛并列，被认定为国家教育部正式承认的五大大学生竞赛项目.

各高校：

清华、交大、科大等名校均参加，最投入为北京科大，每年均举行校内赛（09年规模为79支队伍）.

校内：

综合类竞赛（A类）仅3种，分别为智能汽车、机器人、挑战杯。

（3）竞赛历史——第一届邀请赛

2006年8月20日至21日在清华大学进行，共有来自全国57所高校的112支参赛队参加。

赛道中只有直道和弯道，没有上下坡。

从赛车寻迹技术方案来看，赛道检测方式也大体分

为红外发射/接受管检测方式和CCD/CMOS摄像头检测方式两类。

摄像头方案的成绩普遍好于红外传感器方案。

（4）竞赛历史——第二届，赛区+总决赛

扩大到全国具有以自动化专业为主的理工类高等本科学校约300余所。

采取赛区和全国总决赛结合的形式。

全国分为5个赛区，总决赛在上海交大举行。

总决赛中出现上下坡的限制，比赛变得复杂了。

小车的平均速度较比上年有了显著的提高，采用摄像头方案的成绩更加明显（决赛前十名的队伍全为摄像头队伍）。

同比韩国的智能车大赛，我们的竞赛成绩已经超过了韩国。

（5）竞赛历史——第三届，赛区+总决赛

第三届智能车大赛在东北大学举行，有551支代表队伍参加了分区赛，104支队伍参加了总决赛。

第三届比赛保留了前两届的要求，同时又增加了跑完全部路程起跑线在3米内停车的限制，对起跑线的识别又提出了严格的要求。

与前两届摄像头与光电同条件参加比赛不同，本次竞赛分为光电与摄像头两个赛题组。

（6）竞赛历史——第四届，赛区+总决赛

第四届智能车总决赛在北京科技大学举行，有780支代表队伍参加了分区赛，120支队伍参加了总决赛。

第四届比赛保留了前三届的要求，同时又增加了窄道、更复杂的背景、三角形标识识别等更具有难度的内容。

增加了创意组，共有10个队经过初选进入复赛。

（7）竞赛的发展—第五届，更具难度

增加电磁组，扩大创意组规模；赛道变窄，提高小车控制难度；措施更严密。

1.3该设计的主要内容和目的

智能小车主要由由四大组成部分：

红外避障部分、红外循迹部分、执行部分、CPU。

智能小车要实现循迹识别路线，避障后退并选择其他前进路线。

该设计主要通过对系统硬件电路的设计，软件设计和程序的编写，然后通过后期软硬件调试达到设计目的，使其具有上述功能。

第二章系统总体方案设计与论证

2.1系统的总体方案设计

该系统以AT89S52单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，利用红外遥控器代替开关按键控制小的启动和停止，能够轻松自如的实现小车的启动停止、左转、右转和前进后退等功能，假如我们希望小车运行到黑线上来检测是否有循迹功能，就可以用遥控器控制小车行驶到有黑线的地方，当小车遇到有黑线时，会自动启动循迹功能模块，让小车沿黑线跑，遇到障碍物时会后退并选择其他路线躲避障碍物。

每个模块都是相互独立又相互协调配合，实现了小车的智能控制。

系统控制框图如图2.1所示：

红外避障模块

2.2主控系统

我们采用单片机作为整个系统的核心，通过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