STC89C52单片机+L298N 智能循迹避障小车-毕业论文.doc

STC89C52单片机+L298N 智能循迹避障小车-毕业论文 摘　要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Xiao Wei School of Physics and Electronic Information,Grade 2006 Class 9 ,Instructor:Liu Hankui Abstract：Based infrared detection of black lines and the road obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode 第一章 绪论 1.1智能小车的意义和作用 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、宇航、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目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的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—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、CPU。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，是由直流电机来充当的，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，可以由软件模拟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。 1.2智能小车的现状 现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。 第二章 方案设计与论证 根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机 【STC89C52单片机】 STC89C52是一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，由STC公司生产。它包含8K字节的Flash ROM，256字节的RAM，32个可编程I/O口线，3个定时器/计数器，一个全双工串行通信接口，一个看门狗定时器，以及一个内置振荡器。这款单片机广泛应用于各种嵌入式系统，如本项目中的智能小车控制系统，因为它具有足够的计算能力和灵活性，可以处理复杂的逻辑控制和数据处理任务。 【L298N驱动电路】 L298N是一款双H桥电机驱动集成电路，能够驱动大电流的直流电机或者步进电机。在智能小车中，L298N用于控制电动小车的前进、后退、左转和右转。它可以直接接受来自单片机的数字信号，如STC89C52的PWM波形，通过改变输入信号的占空比来控制电机的速度和方向。L298N集成了保护功能，如短路保护和热关断，确保了驱动系统的稳定性和安全性。 【红外对管】 红外对管是一种常用的近距离检测装置，通常由一对红外发射和接收二极管组成。在智能小车中，它们用于检测黑线和障碍物。当红外发射管发出的光线被黑线或障碍物反射回来时，接收管可以接收到信号，然后将这些信号转换成电信号传送给单片机。通过分析这些信号，单片机可以判断小车相对于黑线的位置，从而调整小车的行驶方向，实现循迹功能。同时，当检测到前方有障碍物时，小车可以及时停止或改变路径，实现避障。 【智能小车系统设计】 智能小车的系统设计包括以下几个关键模块： 1. **主控系统**：由STC89C52单片机构成，负责接收传感器数据，解析处理，然后输出控制指令给电机驱动模块。 2. **电机驱动模块**：采用L298N驱动直流电机，通过单片机的PWM输出控制电机速度和转向。 3. **循迹模块**：红外对管作为主要传感器，检测小车是否偏离黑线，通过单片机算法实现自动纠正行驶轨迹。 4. **避障模块**：同样使用红外对管检测前方障碍物，根据检测结果调整行驶策略。 5. **机械系统**：包括小车的车身结构、轮子和传动机构，需设计得稳固且灵活，以适应不同路况。 6. **电源模块**：提供整个系统的电力，保证各个组件正常工作。 【软件设计】 软件设计主要包括主程序、电机驱动程序、循迹算法和避障算法： 1. **主程序模块**：初始化系统，设置中断服务，持续读取传感器数据并执行相应控制。 2. **电机驱动程序**：根据单片机接收到的指令生成PWM波，控制电机运行。 3. **循迹模块**：算法可能包含PID控制，通过比较左右两侧红外对管的信号强度差，调整电机速度和转向。 4. **避障模块**：当检测到障碍物时，立即停止或改变行驶方向，避开障碍。 通过这样的设计，智能小车能够自主地沿着设定的黑线路径行驶，并在遇到障碍时自动避让，体现了机器人技术在自动化领域的应用。