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1、
項目名稱：智能小車
系別： 信息工程系
專業(yè)：11電氣工程及其自動化
姓名：劉亮、崔占闖、韓康
指導(dǎo)老師： 王蕾
目錄
摘要：...............................................................................................3關(guān)鍵詞：............................................................................................
2、.3
緒論：.................................................................................................3
一、 系統(tǒng)設(shè)計.............................................................................4
1.1、任務(wù)及要求...................................................................4
1.2車體方案認(rèn)證與選擇...............
3、.......................................4
二、硬件設(shè)計及說明....................................................................5
2.1循跡+避障模塊..............................................................5
2.2主控模塊........................................................................6
2.3電機驅(qū)動模塊............
4、....................................................6
2.4機械模塊........................................................................7
2.5 電源模塊.......................................................................7
三、自動循跡避障小車總體設(shè)計………………………………..7
四、軟件設(shè)計及說明.........................................
5、............................8
4.1系統(tǒng)軟件流程圖............................................................9
4.2系統(tǒng)程序........................................................................9
五、系統(tǒng)測試過程.......................................................................12
六、總結(jié)...........................
6、............................................................13
七、附錄：系統(tǒng)元器件..................................................................13
摘要
本設(shè)計主要有三個模塊包括信號檢測模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊。信號檢測模塊采用紅外光對管，用以對有無障礙與黑線進行檢測。主控電路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52單片機為控制芯片。電機驅(qū)動模塊采用意法半導(dǎo)體的L298N專用電機驅(qū)動芯片，單片控制與傳統(tǒng)分立元件電路相比，使整個系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定
7、性。信號檢測模塊將采集到的路況信號傳入STC89C52單片機，經(jīng)單片機處理過后對L298N發(fā)出指令進行相應(yīng)的調(diào)整。通過有無光線接收來控制電動小車的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)自動循跡避障的功能。
關(guān)鍵詞：智能循跡避障小車，STC89C52單片機，L298N驅(qū)動芯片，信號檢測模塊，循跡避障
緒論
（一）智能小車的作用和意義
自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人的感系統(tǒng)，對于
8、視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域為自主式智能導(dǎo)航一種實用有效的方法。
機器人要實現(xiàn)自動導(dǎo)引循跡功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機器人一個視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動導(dǎo)引小車系統(tǒng)，基于它的智能小車實現(xiàn)自
9、動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動作。
該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、cpu、執(zhí)行部分。機器人要實現(xiàn)自動循跡避障功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆?，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外光電傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進方向。單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機資源
10、，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機資源，難以精確調(diào)速，但單片機型號的選擇余地較大?？紤]到實際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機，配合軟件編程實現(xiàn)。
（二）智能小車的現(xiàn)狀
現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設(shè)計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我們此次的設(shè)計主要實現(xiàn)循跡避障這兩個功能。
一、系統(tǒng)設(shè)計
本組智能小車的硬件主要有以STC89C52單片機作為核心的主控
11、器部分、自動循跡+避障部分、電機驅(qū)動部分。電機驅(qū)動部分和其他部分由一個電源通過串聯(lián)供電。
小車硬件系統(tǒng)示意圖如下：
自動循跡+避障模塊
電機驅(qū)動模塊
STC89C52
單片機
電源5V
供電途徑
功能控制
1.1、任務(wù)及要求
設(shè)計一個基于直流電機的自動循跡避障小車，使小車能夠自動檢測地面黑色軌跡和道路兩側(cè)的擋板（沒有黑線時），并沿著黑色軌跡和擋板行駛。
檢測（黑線）
驅(qū)動電機
軟件控制
控制小車
1.2、車體方案認(rèn)證與選擇
方案一：自己動手制作電動車，一方面材料缺少，另一方面制作過程要花費大量的時間，而且同學(xué)中手藝也不好，制作出來的小車還可能
12、機械性能不好?？紤]到時間與性能這兩方面，我們放棄了這一方案
方案二：購買小車全套零件，購買的小車全套零件具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。易改裝，好控制。機械性能有保障。
小車圖片如下：
綜合考慮，最終選擇方案二
二、硬件設(shè)計及說明
2.1循跡+避障模塊
我們選擇四路紅外探測 尋跡光電傳感器
此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭，并使用LM339 電壓比較器（加入了遲滯電路更加穩(wěn)定）做為核心器件構(gòu)成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測功能能極大的滿足各種自動化、智能化的小型系統(tǒng)
13、的應(yīng)用。
此模塊的特點：
易于安裝，使用簡便；
4 路分別獨立工作，工作時不受數(shù)量限制；
中控板與探頭分開，安裝位置不受限制；
模塊高度≤10 毫米；
安全工作電壓范圍在 3伏特至 6 伏特之間；
4 路全開工作電流 30 毫安至 55 毫安之間。
2.2主控模塊
我們采用宏晶公司的STC89C52單片機作為主控制器。STC89C52是一個高速，低功耗，超強抗干擾的8位單片機，片內(nèi)含32k 空間的可反復(fù)擦寫100,000 次Flash 只讀存儲器，具有4K 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個I/O口，2個8位可編程定時計數(shù)器，且可在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的
14、下載與整機的調(diào)試。
時鐘電路和復(fù)位電路（與單片機構(gòu)成最小系統(tǒng)）
1）采用外部時鐘，晶振頻率為12MHZ
2）采用按鍵復(fù)位
2.3電機驅(qū)動模塊
電機
電機采用直流減速電機，直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。
可選用減速比為1：74 的直流電機，減速后電機的轉(zhuǎn)速為100r/min。若車輪直徑為6cm，則小車的最大速度可以達到
V=2πrv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s
能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。
驅(qū)動
驅(qū)動模塊采用專用芯片L298N 作為電機驅(qū)
15、動芯片，L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，其響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機。以下為L298N的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。
圖L298N外部引腳 表1 L298N輸入輸出關(guān)系
驅(qū)動電路的設(shè)計如圖2 所示：
圖2 L298N電機驅(qū)動電路
L298N 的5、7、10、12 四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可實現(xiàn)兩個直流電機的PWM調(diào)速控制。
2.4電源模塊
采用4節(jié)普通1.5V干電池單電源供電，采用串聯(lián)方式同時給單片機與電機供電。
三、自動循跡避障小車總體設(shè)計
3．1 總體電路圖
四、軟件設(shè)
16、計及說明
4.1系統(tǒng)軟件流程圖
開始
前進
否
否
掃描I/O口，是否檢測到黑線
掃描I/O口，是否檢測到障礙
是
是
左/右檢測到黑線
左/右檢測到障礙
右/左行進
左/右行進
4.2循跡避障程序
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char zkb1=0 ;
//**左邊電機的占空比**//
unsigned char zkb2=0 ;
//**右邊電機的占空比**//
unsig
17、ned char t=0;
//**定時器中斷計數(shù)器**//
sbit LSEN2=P2^0;
sbit LSEN1=P2^1;
sbit RSEN1=P2^2;
sbit RSEN2=P2^3;
//**傳感器***/
sbit IN1=P1^0;
sbit IN2=P1^1;
sbit IN3=P1^2;
sbit IN4=P1^3;
sbit ENA=P1^4;
sbit ENB=P1^5;
//**********初始化定時器中斷***********//
void init()
{
TMOD=0x01;
TH0=(65
18、536-100)/256;
TL0=(65536-100)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
//***********中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制***********//
void timer0() interrupt 1
{
if(t=50)
{t=0;}
19、
}
//******************直行******************//
void qianjin()
{
zkb1=50;
zkb2=50;
}
//***************左轉(zhuǎn)函數(shù)1***************//
void turn_left1()
{
zkb1=0;
zkb2=50;
}
//***************左轉(zhuǎn)函數(shù)2***************//
void turn_left2()
{
zkb1=0;
zkb2=50;
}
//*********
20、******右轉(zhuǎn)函數(shù)1***************//
void turn_right1()
{
zkb1=50;
zkb2=0;
}
//***************右轉(zhuǎn)函數(shù)2***************//
void turn_right2()
{
zkb1=50;
zkb2=0;
}
//***************循跡函數(shù)*****************//
void xunji()
{
uchar flag;
if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(
21、LSEN2==1))
{ flag=0; }
//*******直行*******//
else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==1)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==1))
{ flag=1;}
//***左偏1,右轉(zhuǎn)***//
else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==1)&&(LSEN2==1))
{ flag=2; }
//***右偏1,左轉(zhuǎn)***//
else if((RSEN2==0)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(
22、LSEN2==1))
{ flag=3; }
//***右偏2,左轉(zhuǎn)***//
else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==0))
{ flag=4;}
//***左偏2,右轉(zhuǎn)***//
switch (flag)
{
case 0:qianjin();
break;
case 1:turn_right1();
break;
case 2:turn_left1();
break;
case 3:tu
23、rn_left2();
break;
case 4:turn_right2();
break;
default: break;
}
}
//****************主程序****************//
void main()
{
init();
zkb1=50;
zkb2=50;
while(1)
{
//******給電機加電啟動******//
IN1=1;
IN2=0;
IN3=1;
IN4=0;
24、
ENA=1;
ENB=1;
while(1)
{
xunji(); //*********尋跡**********//
}
}
}
五、系統(tǒng)測試過程
本小車能實現(xiàn)循跡避障功能，它能沿著地面上黑色軌跡行駛實現(xiàn)循跡功能，也能檢測到跑道兩側(cè)的擋板，沿?fù)醢逍旭倢崿F(xiàn)避障功能。
尋跡避障小車軌跡圖介紹：軌道由循跡部分（黑線）和避障部分（道路兩側(cè)加擋板）兩部分組成，小車先進入循跡軌道，沿黑線行駛，到達兩部分連接處進入避障軌道沿?fù)醢逍旭?，從而實現(xiàn)尋跡和避障功能的展示。軌道示意圖如下：
為保證小車能正常行
25、駛，循跡部分的黑線寬度應(yīng)在3.5至4cm。避障軌道的寬度應(yīng)大于20cm小于25cm。
六、總結(jié)
測試結(jié)果表明：本組智能小車能很好的完成了循跡和避障功能，循跡跑道是由黑色膠布在白色地面上拉線完成，小車可以從O型跑道的任何段為起點，跑完全程。避障跑到是通過擺放障礙物，小車可以走出障礙區(qū)間。
七、附錄：系統(tǒng)元器件
L298N模塊/步進電機直流電機驅(qū)動模塊/小車電機驅(qū)動模塊/輸出5V
四路紅外探測 尋跡光電傳感器 尋跡小車 循跡避障模塊 黑白線識別
51單片機最小系統(tǒng)板/USB下載程序/51單片機開發(fā)板
智能小車底盤/尋跡小車/機器人/帶碼盤/強磁電機/ZK-2WD
四節(jié)五號電池板組 附帶四節(jié)五號干電池
導(dǎo)線若干
14
循跡避障小車設(shè)計報告
