智能循迹小车.docx

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智能循迹小车

苏州工业园区职业技术学院

2010-2011-2医疗器械制造与维护专业

学期项目

（机电基础技能应用）

项目报告

选题：

智能循迹小车

学生姓名：

任静文孔颖陈曦王蕾

班级：

医疗10301

*********************************

机电工程系制

第一章：

引言

1.1设计目的

根据本学期课程安排，我们依据《单片机原理》和《电工基础》等课程，精心选择了本次的项目课题——智能循迹小车。

通过此项目的实施，希望能够增强我们的团队合作能力，对产品有一定的了解，并把课堂上学习到的东西能够用到课题中去，这是学与用的最好结合。

同时这也是为我们以后的毕业答辩做好经验积累。

也能够对智能小车有一定的了解，提高我们各方面的能力。

建立创新意识，激发对专业学习的兴趣和热情，.在实践中掌握知识，在合作中完善。

1.2小车简介

智能循迹小车是一个不需人工控制就能前行的小车。

它集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能与一体的中和系统，它集中的运用了计算机、传感、信息通信、导航及自动控制等，是一个高新的技术体。

本次项目以单片机AT89C51为主控制系统。

智能循迹小车由以下几个模块组成：

小车结构图

1.3关键词

AT89C51TCRT5000L298N

1.4小车的商业性及实用性与目前国际发展程度

商业性：

在现代，随着电子科技的迅猛发展，人们对技术也提出了更高的要求，汽车智能化在提高汽车的行驶安全性、操纵性等方面都具有巨大的优势，在一些特殊场合下也能满足特殊需要，智能小车系统涉及到自动控制、车辆工程、计算机等多个领域，是未来汽车智能化的一个大趋势。

实用性:

军事侦查与环境探测

探测危险与排除险情

安全检测评估

智能家居

目前国际发展程度：

智能循迹小车发展很快，从智能玩具到其它各行各业都有实质成果，其本质可实现循迹避障、检测图片等功能。

世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，已经应用于各个领域，在探测军事领域使用的较多。

近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同的用途需要。

世界各国开发，研制星球探测车系统已经有了很多年的历史。

传感器技术和自动控制技术也正在飞速发展，机械，电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制技术在工业领域中地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。

现在国外的自动控制和传感器技术已经了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做的十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。

作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：

一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化，多媒化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具，同时能具有交通，娱乐。

办公和通讯等多功能。

第二章：

系统设计

2.1设计要求

1）基本要求：

实现小车向前、后退、左转、右转

2）扩展部分：

实现小车的自动循迹功能

2.2各种智能小车图片

图1.红外线循迹小车一

图2.红外线循迹小车二

图3.循迹小车

图4.循迹小车

2.3车体方案与论证与选择：

方案一:

自己动手制作电动车，一方面材料缺少，另一方面制造过程要花费大量的时间，而且同学中手艺也不好，制作出来的小车还可能机械性能不好，考虑到时间与性能这两方面，我们放弃了这一方案。

方案二:

凌阳小车具有组装完整的车架车轮，电机及其驱动电路，易改装，好控制，机械性能有保障。

综合考虑，我们选择方案二。

第三章硬件系统

3.1电源电路

双电源供电，通过两个独立的电源，分别对单片机和直流电机供电，因为小车使用一个实体，所以采用干电池供电，总的供电系统是9V的大功率电池储能，经过电压转换单元，由9V通过三段稳压器LM7805转换为一个5V的控制单元供电，另一个9V的电源直接对电机的供电端连接。

双电源供电的优缺点：

优点：

减少波动，稳定性较好，可以让小车更好的运作起来。

缺点：

增加了小车的重量。

3.1.1小车使用干电池与锂电池的比较

很多时候智能小车采用锂电池，锂电池是一种新型的二次电源，是电源界的后起之秀，也是目前使用最广泛的便捷式二次电源。

具有高储存能量密度，使用寿命大（可达6年），额定电压高（单节3.7V），且具备高功率承受力，自放电率很低，绿色环保等优点。

缺点是锂电池均存在安全性差。

需保护线路，防止电池被过度放电，生产要求条件高，成本高。

而相比较于干电池，干电池虽然电量不大，但是其价格比较便宜，而我们目前做的只是一个简单的智能小车，所以我们选用干电池。

3.2传感检测

3.2.1小车的循迹原理

红外探测法：

即利用红外线在不同的颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。

在小车行驶过程中不断的向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫反射，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，则小车上的接收管接收不到信号。

小车在白色地面上行驶时，红外发射管发射出的红外信号被反射，接收管收到信号后，输出低电平。

而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收到信号，输出端为高电平。

单片机通过采集每个红外接收管的输出端电压，是可以检测到轨道位置，从而控制小车转向，使小车一直沿轨道前行。

3.2.2循迹轨迹

图5.小车循迹

循迹场地是一个长3米宽2米的区域，场地表面是白色的，轨道由黑色胶带连接而成，中间有白色定位线。

在A-B，C-D和E-A区间随机有4个30cmX15cm的实心黑色图案，为停靠站。

B,C,D,E是四个减速标志，由15cm长，1.5到2cm宽的黑色胶带连接而成。

3.2.3传感器的选择

我们采用光电传感器进行循迹，为TCRT5000，它采用高发射红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。

通过测试，其检测距离在6mm~14mm，它的发射管和接收管是一起封装在矩形的塑料盒中，为了检测更加准确，我们用了五只TCRT5000检测黑线。

其中一只放在黑线上方，其余四只对称的分布在黑线两侧。

附：

光电传感器采集路面信息优良，结构简明，实现方面成本低廉，反应灵敏，免去了复杂的图像处理工作，便于近距离路面情况的检测。

光电传感器（TCRT5000）的简介：

1.采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏光电三极管组成

2.采用施密特触发器进行信号整形调理

3.焦点检测，焦点：

2.5mm

4.探头长度可调整，调整范围：

32mm~37mm

5.输出信号LED指示

TCRT5000图示:

图6.TCRT5000（正面视图）

不采用红外传感的原因

缺点:

它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等，都将对其造成干扰。

3.3电动机驱动

我们采用L298N作为电机的驱动芯片。

L298N是一个具有高电压、大电流的全桥式驱动芯片，它是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。

是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高路压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V，2A以下的电机。

如下图所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。

L298可驱动2个电机，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间分别接2个电动机。

5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA,ENB接控制使能端，控制电机的停转。

也利用单片机产生PWM信号接到ENA,ENB端子，对电机的转速进行调节。

用该芯片作为电机驱动，操作方便、稳定性好、性能优良。

AT89C51为芯片提供驱动信号，PWM控制各个电机的转速，从而调整小车的前进速度和转向。

L298N的逻辑功能：

表1

3.4主控模块

采用单片机作为整个系统的核心，用其控制进行中的小车，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，单片机就显示出了它的优势，控制简单方便、便捷，这样一来，单片机就可以发挥其资源丰富，有较为强大的控制功能，价格低廉等优点。

而51单片机具有强大的操作指令，I/O口均可以按位寻址，程序空间多达8K。

根据我们所设计的智能循迹小车，所以采用AT89C51为控制核心，负责整个电路的资源分配以及对各路信号的采集，分析和处理。

通过各种电路，采集各种信息，已发出各种控制信号的命令。

第四章软件系统

4.1流程图

小车的控制过程：

流程：

开始

延迟3秒

是否在弯道

N

提速行驶

检测左传感器

电机反转小车右转

反射

Y

电机反转小车左转

Y

检测右传感器

电机反转小车左转

第六章小组成员

孔颖

陈曦

任静文

王蕾

第七章结束语

意义：

对我们的交通发展有很大的意义，是我们的交通更加的便捷。

而它的“智能”的方面，对机器人的发展也有很大的帮助，还有在太空探测车方面也有很大的意义。

展望：

由于我们对智能循迹小车的知识不是很了解，所以这次我们的任务就是对智能循迹小车的原理以及它的一些内容进行了解，只有了解这些东西我们才能实践，虽然这次我们没有能动手完成一辆智能循迹小车，对此我们感动很遗憾，但是我们能够对智能循迹小车有了一定的了解，我相信只要我们更加努力，深层次的来研究智能循迹小车，我们会做出模样出来的。

这次项目的制作，我们学到了很多，认识到了团队合作的重要性。

在制作项目的过程之中，我们了解了更多关于单片机和电工的相关知识。

特别是对智能循迹小车的专业知识有了大致的认识和了解。

刚刚接触本次的学期项目的时候，对本次课题内容还是十分模糊的，可以说根本就不知道对此课题如何下手。

我们通过书本知识，互联网的资料搜集以及向专业老师的询问了解，我们对循迹小车有了大致的掌握和认识。

在制作报告书的过程之中，我们还是遇到了不少的困难。

首先是无法把智能循迹小车的专业知识整理得更加彻底和完善。

毕竟曾经在学习的过程中没有完全接触过此内容，所以大家在报告书的制作中遇到很大的问题。

其次是对电脑的专业知识还是有所欠缺的。

对报告书和ppt的制作需要我们能够对word和powerpoint可以有熟练的运用，但是我们在这块上面还是有待提高的。

所以在项目最后的格式修改之中我们寻求了老师和同学的帮助。

每学期的学期项目，是对学生专业知识以及口语表达交流的考核。

在整个项目完成过程之中，我们需要通过书本和媒体等途径对资料进行查找，还要能够运用良好的口语表达技巧和老师同学进行交流。

最后的项目汇报需要我们可以在老师面前大胆并且专业的介绍我们的课题。

总而言之，我觉得每学期的学期项目是对我们能力的提高一种强化锻炼。

在此过程之中令我感受最为深刻的是团队合作的能力培养。

我们小组总共四个成员，在项目的一开始我们就有明确的分工。

有了明确的分工对此后的项目完成有很好的帮助。

大家在合作的过程之中互相帮助，相互探讨学习，虽然会有分歧，但是我们会提出各自的观点然后相互探讨，选择最合适的观点。

我相信这样的团队合作锻炼对今后的学习工作都会有很大的帮助。

最后我认为，每学期的学期项目的制作和答辩是对我们三年之后的毕业项目答辩是很好的经验积累和铺垫，所以我们对每个学期的学期项目都是非常用心和认真的去完成。