基于单片机的简易智能电动小车毕业设计

目录

第一部分设计任务与调研 (1)

第二部分设计说明 (3)

第三部分设计成果 (5)

第四部分结束语 (21)

第五部分致谢 (22)

第六部分参考文献 (23)

第一部分设计任务与调研

1. 研究背景

伴随着机械自动化的不断发展，人类在生活的各个领域都希望能够利用自动化技术的操作来提高工作效率，使生产能够得到一直不断的提高。近年来，在轨迹跟踪方面的话题研究也不断引起人们的关注，国内外更是开展了一系列的智能轨迹跟踪系统的竞赛活动。在实际生活应用中，具有智能化的机器人能在人们无法触及到的工作场合下大显身手，例如各种形式的军事机器人、勘探机器人等。在我们平时日常生活中更为接近的有医疗机器人、汽车自动泊位机器人、自动驾驶系统机器人。轨迹跟踪系统的特殊设计在机器人领域有着重要的地位，可以说是机器人实现智能化的一个重要的指标。无论什么机器人想要实现智能化就必须要实现对外部的环境自我感知与判断并做出相对的反应，最终完成人们所需布置的任务。

2. 研究意义

智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，该技术可应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人等领域。以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。在产品检测方面，对零部件、线路板及其它类似产品的检测是机器人比较常见的应用。一般来说，监测系统中还集成有其它一些设备，他们是视觉系统、X射线装置、超声波探测仪或其它类似仪器。在瓦斯、地压检测方面，瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素，一旦发生突然事故，是相当危险和严重的。但瓦斯和冲击地压在形成突发事故前，都会表现出种种迹象，如岩石破裂等。采用带有专用新型传感器的移动是机器人连续监视采矿状态，以便及早发现事故突发的先兆，采取相应的预防措施。在智能轮椅领域，随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新科技技术来改善他们的生活质量和生活自由度。智能轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自动定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制功能。用于帮助残障人行走。在危险环境下，机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境

下工作，人类必须采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，而且不需要得到像对待人一样的保护。在智能车辆领域，智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。特别能够对人类的汽车交通带来巨大的影响，在改进道路交通安全方面提供了新的解决途径。汽车交通是世界上交通事故发生最多的交通工具，而对于避障智能小车而言，小车在遇到人或者其他障碍物时，可发出声光警告提前预警，提醒司机，从而减少交通事故的发生。因此研究智能小车有利于减少交通事故的发生。对于探索型智能小车而言，它可以代替人们在恶劣的环境下执行任务。智能小车在探索未知的事物，特别是对于探索太空其他星球而言，智能小车具备有人类不具备的优势：智能小车适应环境能能力非常强，可以在恶劣的环境下工作，如在无氧，高温，低温，高压，强辐射等恶劣的环境下。这是人类无法适从的。所以研究智能小车是很有必要的。当然要使智能小车更完美就需要人类制造更先进传感器，制造出更先进的处理器，编写更合理的程序，这对我们来说是一个挑战。

3. 智能小车的现状

现代智能小车发展很快，从智能玩具到其他各行各业都有实质成果，基本都可以实现：循迹、避障、寻光、探金、声光报警等基本功能。

4. 设计任务与要求

设计一台简易智能电动车，包括了控制器模块、电源模块、稳压模块、循迹传感器模块、直流电机及其驱动模块，智能小车能根据传感器采集到的信号经过单片机编程处理过后，来现实对小车的智能控制，设计功能如下：

（1）能够自动循迹行走。

（2）能在拐弯路处拐弯，实现灵活前进转弯的功能。

（3）能够自动躲避前方障碍物。

（4）能够在指定区域启动。

第二部分设计说明

根据设计要求在现有小车空架上加载避障模块，寻光模块，循迹模块，单片机模块，电机驱动模块，电源模块，声光报警模块。通过传感器采集数据，并将数据传输到单片机中进行处理，通过编程控制小车做出智能反应。

1. 主控系统

从方便与实用的角度考虑采用AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8K空间的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。利于编程调试，且价格便宜。

2. 电源模块

采用两节3.7V可充电式锂电池串联，经过7805稳压电路得到5V电压，为单片机机和各模块供电。此电池的优点是体积小、重量轻，电流稳定，能够满足本次设计的要求。为了防止干扰，使电路更加稳定，此电路中采用两个7805稳压模块分别为单片机及传感器模块和电机供电。

3. 电机驱动模块

采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，一片L298可以控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，能够控制电机的转向和速度，用该芯片作为小车的电机驱动能够很好的控制小车，操作方便，稳定性好，性能优良。

4. 电机选择

采用小型直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，转动速度较快，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，满足此次设计要求。

5. 避障模块

采用3对红外对管来避障，这是现在比较常用的避障方式。它是由发射管发射红外线，接收管接收红外线，来判断是否遇到障碍物。且接收管只对红外线有反应，一般可见光不能对其产生干扰，但自然光能对其产生一定干扰，但是在本次设计可承受的范围内，且红外对管价格便宜，与LM324构成的避障电路简单。

6. 循迹模块

用TCRT5000型光电对管进行循迹。TCRT5000是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。TCRT5000采用DIP4封装，其具有如下特点：塑料透镜可以提高灵敏度，内置可见光过滤器能减小离散光的影响，体积小，结构紧凑。因此TCRT5000与LM324构成的循迹检测模块抗干扰能力强，系统更稳定，且TCRT5000与LM324价格便宜。

7. 寻光模块

利用光敏电阻的高灵敏感光特性，且在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性；在暗黑环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，其电阻率变小，电阻变小。利用光敏电阻构成的寻光电路更稳定，且光敏电阻价格便宜。

8. 声光报警系统

采用高亮度发光二极管与有源蜂鸣器做声光报警系统，强光报警明显，而有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会鸣叫，操作方便。