毕业论文智能循迹避障小车

为了能够更好地完成本次设计任务，我们采用三轮车，其前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，调制前面两个轮子的转速起停从而达到控制转向的目的，后轮是万象轮，起支撑的作用，并通过软件程序控制，与硬件架构相结合，从而实线自动寻迹、避障的功能。
图2.1系统总体框
2.2
2.2.1
按照题目要求，控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退，保证在允许范围内实线寻迹避障。
一个拥有感知环境、规划决策，自动驾驶等功能的综合系统，构成了今天的智能车。它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术[2]，是典型的高新技术综合体。在原有车辆系统的基础上，智能车添加了一些高新智能技术设备，如
1）用于完成来自外部传感器所获取的道路信息的预处理、分析、识别等工作的计算机处理系统;
毕业论文作者(签名)：郭凯军
自动寻迹、避障智能小车设计
学生：XX(指导教师：XX)
(淮南师范学院电气信息工程学院)
摘 要:智能小车是移动式机器人的重要组成部分，本设计通过实时检测各个模块传感器的输入信号，利用红外对管检测黑线实现寻迹,通过光电传感器实现避障，采用存储空间较大的AT89C51作为主控制芯片，小车电机驱动采用L298N芯片，根据内置的程序分别控制小车左右两个直流电机运转，实现小车自动识别路线，能较有效的控制其在碰上障碍物时能转弯角度及寻迹行驶。且添加可声控模块，实现对小车的声音控制。本设计结构简单，较容易实现，在一定程度上体现了智能化的科技。
3
3.1
AT89C51单片机拥有4KbiteROM(Read Only Memory），且具有低电压、高性能8位微处理器的工作特性[7]。
单片机中的EEPROM存储器可以循环擦写100次。该装置选用了Atmel的高密度非易失性存储器制造技术制造，兼容现代MCS-51工业标准的指令集和输出管脚。TMEL公司的89C51是一种高效的微控制器，因其将8位CPU和FLASH存储器组合在一个芯片中，故其简单、方便、易使用。89C2051单片机是它的一种精简版。89C单片机制造成本低，且灵活度高，故被广泛应用于嵌入式控制系统中。
Abstract:Intelligent vehicle is an important part of mobile robot, the design of each module through the input signal real-time detection sensor, the detection line to realize tracing by using infrared, photoelectric sensor to achieve obstacle avoidance, use large storage space AT89C51 as the main control chip, motor vehicle driver using L298N chip, respectively, to control the car about two DC motor with built-in procedures, to achieve automatic car identification route, can the hit obstacles can turn angle and tracing running effectively controlled. And add sound control module, the realization of the voice control car. The design has simple structure, easy realization, to a certain extent intelligent technology.
智能小车是移动式机器人的重要组成部分本设计通过实时检测各个模块传感器的输入信号利用红外对管检测黑线实现寻迹通过光电传感器实现避障采用存储空间较大的at89c51作为主控制芯片小车电机驱动采用l298n芯片根据内置的程序分别控制小车左右两个直流电机运转实现小车自动识别路线能较有效的控制其在碰上障碍物时能转弯角度及寻迹行驶
1.2
其实智能车，就是一个机器人，其可以分为三大结构：传感器检测、机械执行、中央处理器。智能车通过感知导引线和障碍物，可以实现自动循迹、避障等功能，且可以通过一套完整的控制策略，改善小车的行驶状况，达到更加稳定的状态。
要完成上述的功能设计，传感检测部分可以采用能够感知清晰的图像的摄像头，或者选用人们常用的红外传感器来感测路况。而智能小车的机械部分，可以采用四轮车（带有舵机）、或者三轮车（前轮为万向轮），电机则只需使用直流电机即可。对于主控芯片CPU，我们选择简单易用的51单片机或高级复杂额ARM等芯片，通过配合软件编程，可以很好的实现自动寻迹、避障的功能。
2
2.1
本次设计的智能小车实现的基本功能如下：
实时检测路径，并器，来对小车实现声控；
为此以AT89C51为主控芯片，主要包括避障模块、电源模块、声控模块、电机驱动模块等，系统框图如图2.3所示。通过寻迹及避障传感器来采集周围环境信息来反馈给CPU，通过主控的处理，来控制电机的运转，从而实现寻迹与避障，达到智能行驶。且本设计添加了声控效果，通过声音传感器来对小车发出指令，让其行驶与停止。
方案二：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但
数字电阻元件比较昂贵，且电阻网络实现的调速很有限。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。
方案三：采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路(如图2.2)。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速，这是一种普遍使用的PWM技术。该电路由于在饱和截止模式下工作，效率很高，H桥电路保证速度和方向的简单控制。
2）传感器，用来获得道路实时状况信息的智能车眼睛;
随着微电子技术的不断发展，单片机不但集成程度越来越高，已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、A／D转换器、D／A转换器等多种电路，而且体积越来越小，功耗越来越低，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统[3]。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前的机器人技术发展异常迅速，已经出现了各种各式的用于各种用途的机器人了，机器人的设计与制造已经不是很高难度的事情了，已经具有普及性了。
图3.1 AT89C51单片机
表2.1电机性能对比
对比项
直流电机
步进电机
调速性能
较好
较差
位置控制精度
较差
好
控制难易程度
简单
较难
价格
低
中
综合考虑，本智能车设计决定采用直流电机作为智能车的动力电机。
2.2.4
方案一：如果电机的开启和关闭控制通过继电器的来控制的话，该方案的优点是电路较简单的[6]，但响应速度很慢，且易损坏，使用寿命短，可靠性不是很高。
关键词：智能小车；AT89C51；光电传感器；L298N
Design of smart car for Automatic tracking,obstacle avoidance
Student:XXX(Faculty Adviser：XXX)
(College of electrical and Information Engineering, Huainan Normal University)
2.2.3
方案一：采用直流电机，优点在于硬件电路设计简单。当外加额定直流电压时，转速几乎相等，调速性能较好，且性价比高。对于小车的行驶，能够很好的控制。
方案二：采用步进电机，步进电机可以实现精确的转角输出，只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动，便于控速，但是软件程序的编写较直流电机稍显复杂。
综合考虑，本设计选择选用AT89C51单片机做控制器。
2.2.2
方案一：采用单电源供电，通过单电源同时对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少机身的重量，操作简单，其缺点是，这样会使单片机的波动变大，影响单片机的性能，稳定性比较弱。
方案二：采用双电源供电，通过两个独立的电源分别对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少波动，稳定性比较好，可以让小车更好的运作起。
通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践的过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用算法实现小车的智能控制。灵活的运用所学的相关学科的理论知识，结合实际电路设计的具体实现方法，达到理论和实际的统一。在此过程中，加深对理论知识的理解和认识。且该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、娱乐等许多方面。尤其是在玩具机器人研究方面具有很好的发展前景[4]。所以本设计与实际相结合，现实意义很强境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统——它集中地运用了计算机、传感、信息、通讯、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。
方案一：可以采用ARM为系统的控制器，优点是该系统功能强大，片上外设集成度搞密度高，提高了稳定性，系统的处理速度也很高，适合作为大规模实时系统的控制核心。而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。
方案二：使用51单片机作为整个智能车系统的核心。用其控制智能小车，既可以实现预期的性能指标，又能很好的操作改善小车的运行环境，且简单易上手。对于我们的控制系统，核心主要在于如何实现小车的自动控制，对于这点，单片机就拥有很强的优势——控制简单、方便、快捷，单片机足以应对我们设计需求[5]。51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，且价格低廉。