智能循迹避障小车的设计与制作

研究内容：

在现有电动车框架的基础上，加装红外探头以及寻迹模块，实现对电动车的运行状况，运行路线的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制，即自动避障、自动寻迹等功能。在有轨迹的地方小车能够沿轨道行驶，当遇到障碍的时候就自动转入避障模块。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

研究方法、手段及步骤：

1、循迹控制模块

采用AT 89 C 5 2R作为控制核心。STC89C52RC单片机成本低、性能高，超强抗干扰（电源、复位电路都经过特殊处理，每个I/O 口接有二极管钳位保护），超低功耗，无法解

密，低EMI（电磁干扰），而且与传统8031单片机程序兼容，硬件无需改动，支持ISP（在系统编程）及IAP（在应用编程）技术。

2、避障模块

采用三个红外探头，分别置于车的前、左、右放向。当检测到前方有障碍物的时候将

信息反馈到单片机，单片机再通过返回信息进行控制。

3、电机模块

采用直流电机。直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用调节电压的方法，也可采用FWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方形波形，通过改变方形的占空比实现对电机转速的调节。

4、电机驱动模块

采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，驱动能力大，操作方便，稳定性好，性能优良。

参考文献

[1]《新编MCS-51单片机应用设计（第3版）》张毅刚编著哈尔滨工业大学岀版社

2008年04月

[2]《C语言程序设计（第三版）》谭浩强编著清华大学出版社2005年07月

[3]学位论文：佚名《智能小车设计毕业论文》

[4]《单片机C语言编程与实例》赵亮、侯国锐编著人民邮电出版社2003年9月

[5]Yamato I , et al 1 New conversion system for UPS using high fre2

quency link[J ]1 IEEE PESC ,1988 ：210-320.

本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。小车以AT89C52为控制核心，利用车前三个红外探头检测周围信息，以及循迹模块对路面黑色轨迹进行检测，并将路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向，从而使小车能够自动避障和沿着黑色轨迹自动行驶，实现小车自动避障寻迹的U 的。

关键词：AT89C51；直流电机；红外探头；循迹模块

Abstract

The design is based on single chip microcomputer control automatic tracing system, including system hardware and software design method of car. The car takes AT89C52 as the control core, using the front three infrared probe detection of peripheral information, and tracking module on pave me nt black locus were detected, and the paveme nt detection signal feedback to the microcontroller. Single chip signal gives the analysis judgment, to control the drive motor to adjust the car steering, so that the car can automatically avoid obstacles and along the black path automatic driving, realize automatic obstacle avoidanee tracing purposes.

Key words: AT89C51; infrared sensor; tracking module

摘要 (4)

第一章前言 (1)

1.1本选题的意义 (1)

1.2智能小车的发展现状及未来趋势 (2)

1.3智能小车的研究意义 (2)

第二章寻迹避障小车工作原理 (3)

2.1壁障寻迹小车工作原理 (3)

2.2控制系统总体设计 (3)

2.2.1 AT98C52 单片机 (4)

2.2.2红外探头避障模块 (4)

2.2.3寻迹模块 (6)

2.2.4电源模块 (6)

2.2.5电机及驱动模块 (6)

第三章硬件设计 (8)

3.1总体设计 (8)

3.2驱动电路 (9)

3.3信号检测模块 (10)

3.4主控电路.................................................................... I I 第四章软件设计.. (13)

4.1主程序框图： (13)

4.2寻迹模块程序设计 (14)

4.2.1寻迹程序框图及其真值农 (14)

4.4避障模块程序设计 (15)

4.4.1避障框图及其真值表 (15)

结束语 (17)

致谢 (18)

附录一硬件原理图 (19)

附录二程序清单 (20)

参考文献 (25)

第一章前言

1.1本选题的意义

自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宁航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。

随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的LI标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD, U前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。

机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车(AVG 一auto-guide vehicle)系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。

该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPUo机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是山直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以山软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。