单片机智能循迹避障小车.pdf

单⽚机智能循迹避障⼩车 单⽚机智能循迹避障⼩车 可关注我们！ 限时⼲货下载： 限时⼲货下载：关注我们"单⽚机"，回复"教程"获取单⽚机电⼦书，回复"仿真"获取Proteus仿真资料。持续更新中。。。 　　第⼀章 绪 论 　　1.1智能⼩车的意义和作⽤ 　　1.2智能⼩车的现状 　　第⼆章 ⽅案设计与论证 　　2.1 主控系统 　　2.2 电机驱动模块 　　2.3 循迹模块 　　2.4 避障模块 　　2.5 机械系统 　　2.6电源模块 　　第三章 硬件设计 　　3.1总体设计 　　3.2驱动电路 　　3.3信号检测模块 　　3.4主控电路 　　第四章 软件设计 　　4.1主程序模块 　　4.2电机驱动程序 　　4.3循迹模块 　　4.4避障模块 　　第五章 制作安装与调试 智能循迹避障⼩车 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 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，然后由单⽚机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。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。 2.1 主控系统 根据设计要求，我认为此设计属于多输⼊量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以下两种⽅案并进⾏了综合的⽐较论 证，具体如下： ⽅案⼀： 选⽤⼀⽚CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核⼼部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、 资源丰富、开发周期短等优点，可利⽤VHDL语⾔进⾏编写开发。但CPLD在控制上较单⽚机有较⼤的劣势。同 时，CPLD的处理速度⾮常快，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，在这⼀点 上，MCU就已经可以胜任了。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。为此， 【智能小车的基础概念】 智能小车是一种集成了微处理器技术、传感器技术、电机控制技术等多种先进技术的自动化装置。它通常被设计成能在特定环境中自主导航、避障和执行任务。智能小车的意义在于它是机器人技术的一个重要研究方向，能够模拟人类智能行为，提升自动化水平，广泛应用于教育、科研、工业生产等多个领域。 【智能小车的组成部分】 1. **主控系统**：在本案例中，主控系统采用STC89C52单片机，它是智能小车的"大脑"，负责接收传感器数据，处理信息并发出控制指令。 2. **电机驱动模块**：利用L298N驱动电路，可以控制直流电机的正反转和速度，进而控制小车的行进方向和速度。 3. **循迹模块**：通常使用红外对管检测黑线，通过检测线迹来保持小车在预设路径上行驶。 4. **避障模块**：同样利用红外传感器或其他类型的传感器，检测周围障碍物，使小车能及时调整方向避免碰撞。 5. **机械系统**：包括小车的结构框架、轮子等，确保物理上的稳定性和机动性。 6. **电源模块**：提供小车运行所需的电力，确保各个组件正常工作。 【方案设计与选择】 在方案设计过程中，首先会考虑使用CPLD作为核心控制器，但由于CPLD在控制层面的局限性，以及小车实际速度需求不高，最终选择了更适应控制任务的单片机方案，即STC89C52，配合软件编程实现更灵活的控制策略。 【硬件设计】 硬件设计包括总体布局、驱动电路、信号检测模块和主控电路的设计。例如，驱动电路设计要考虑如何通过单片机输出的PWM波控制电机速度，而信号检测模块则需要精准捕捉到黑线和障碍物的存在。 【软件设计】 软件设计包括主程序、电机驱动程序、循迹模块和避障模块的编程。每个模块都要实现特定的功能，如主程序协调各个子程序，电机驱动程序实现电机的精确控制，循迹模块根据传感器数据调整小车轨迹，避障模块则处理障碍物检测并做出响应。 【制作安装与调试】 在制作和安装过程中，需要将硬件组件正确组装，并进行软件的烧录和调试，确保小车能够在实际环境中正确地执行循迹和避障功能。 智能小车的实现涉及到多个领域的知识，包括微控制器编程、传感器应用、电机控制技术以及系统集成等，是一个综合性的工程实践项目。通过这样的设计，可以培养学生的动手能力、问题解决能力和创新思维。