【正文】 研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。但不同的時代、不同的人對這種“復雜工作” 的理解是不同的。例如繁重的科學和工程計算本來是要人腦來承擔的，現(xiàn)在計算機不但能完成這種計算, 而且能夠比人腦做得更快、更準確，因之當代人已不再把這種計算看作是“需要人類智能才能完成的復雜任務”, 可見復雜工作的定義是隨著時代的發(fā)展和技術的進步而變化的, 人工智能這門科學的具體目標也自然隨著時代的變化而發(fā)展。它一方面不斷獲得新的進展，一方面又轉(zhuǎn)向更有意義、更加困難的目標。目前能夠用來研究人工智能的主要物質(zhì)手段以及能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能技術的機器就是計算機, 人工智能的發(fā)展歷史是和計算機科學與技術的發(fā)展史聯(lián)系在一起的。除了計算機科學以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學、生物學、心理學、數(shù)理邏輯、語言學、醫(yī)學和哲學等多門學科。人工智能學科研究的主要內(nèi)容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計等方面。　智能機器人根據(jù)其智能程度的不同，又可分為三種： 傳感型機器人：又稱外部受控機器人。機器人的本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機構和感應機構，它具有利用傳感信息（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部計算機，在外部計算機上具有智能處理單元，處理由受控機器人采集的各種信息以及1機器人本身的各種姿態(tài)和軌跡等信息，然后發(fā)出控制指令指揮機器人的動作。目前機器人世界杯的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。 交互型機器人：機器人通過計算機系統(tǒng)與操作員或程序員進行人－機對話，實現(xiàn)對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨立地實現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。 自主型機器人：在設計制作之后，機器人無需人的干預，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項擬人任務。自主型機器人的本體上具有感知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。機器人世界杯的中型組比賽中使用的機器人就屬于這一類型。全自主移動機器人的最重要的特點在于它的自主性和適應性，自主性是指它可以在一定的環(huán)境中，不依賴任何外部控制，完全自主地執(zhí)行一定的任務。適應性是指它可以實時識別和測量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動作策略以及處理緊急情況。交互性也是自主機器人的一個重要特點，機器人可以與人、與外部環(huán)境以及與其他機器人之間進行信息的交流。由于全自主移動機器人涉及諸如驅(qū)動器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、圖像處理、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個國家在制造業(yè)和人工智能等方面的水平。因此，許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。 智能機器人的研究從 60 年代初開始，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，基于感覺控制的智能機器人( 又稱第二代機器人)已達到實際應用階段，基于知識控制的智能機器人(又稱自主機器人或下一代機器人)也取得較大進展，已研制出多種樣機。自動搬運車是一種無人操縱的物料搬運設備，是自動化工廠重要的運輸工具之一。隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)觀念日益受到企業(yè)的重視，這也為無人搬運車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了契機。自動搬運車是以微控制器為控制核心、蓄電池為動力、裝有非接觸導引裝置的無人駕駛自動導引運載車，其自動作業(yè)的基本功能是導向行駛、認址停準和移交載荷。作為當代物流處理自動化的有效手段和柔性制造系統(tǒng)的關鍵設備，無人搬運車已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用，對無人搬運車的研究也具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。同時要檢測道路需要傳感器的幫助。隨著科學技術的發(fā)展，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。視覺傳感器的典型應用領域為自主式智能導航系統(tǒng)，對于視覺的各種技術而言圖像處理技術已相當發(fā)達，而基2于圖像的理解技術還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結構化環(huán)境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或 CCD，但其價格、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)中考慮使用紅外接近傳感器是一種實用有效的方法。 設計任務與要求本課題是結合科研項目而確定的設計類課題。主要設計任務是完成小車的自動循跡，取物功能。要求小車能夠在無人操作狀態(tài)下自動行駛到 A 后能夠檢測是否有鐵片，并自動取物后小車行駛到 B 點放下鐵片。當沒有鐵片時，小車能夠自動行駛到 C 點停止。在整個工作過程中，記錄時間及鐵片個數(shù)。 本文內(nèi)容安排根據(jù)題目要求所設計系統(tǒng)主要由兩部分組成，即硬件部分和軟件部分。硬件部分是圍繞主控芯片 AT89C51 展開設計的硬件電路板，主要包括小車各個功能模塊的硬件電路。軟件部分主要是對各個功能模塊的編程，并通過專門的寫入器下載到硬件部分的主控芯片中執(zhí)行。文章首先給出了無人搬運車系統(tǒng)的研究背景和設計思想，然后給出了整個系統(tǒng)的硬件、軟件的設計思路及實現(xiàn)方法，并對其中的技術要點進行深入的分析，最后將各個功能模塊進行整合從而實現(xiàn)自動循跡取物功能。32 方案論證通過對課題理解，可以初步擬定設計方案，并對該方案進行論證分析。以下為具體的方案論證。 系統(tǒng)工作該課題研究的主要內(nèi)容是圍繞自動搬運展開的。首先要自動搬運小車要實現(xiàn)自動尋跡功能，按照一定的軌跡行駛，從而使小車從任意一點出發(fā)到達 A 點，達到小車到達固定位置的要求。然后在 A 點檢測到貨物，并自動拾起后按規(guī)定路線行駛到目標地點 B 后放下貨物。然后循環(huán)以上操作。當在 A 點檢測不到貨物時，小車會自動行駛到一點 C ?？浚谶@里貨物用鐵片來模擬。在小車工作過程中，不需要任何人為操作。當出現(xiàn)故障時，操作人員需要手動將系統(tǒng)復位。同時，在工作過程中，還要自動記錄下搬運數(shù)量及所用時間。 方案設計此次設計分為軟件設計與硬件設計兩部分。單片機是整個小車的大腦，是整個小車運行的核心部件，起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用。此次設計的主控芯片選擇 AT89C51，負責檢測傳感器的狀態(tài)并控制電機。其系統(tǒng)的原理框圖，如圖 所示。圖 原理框圖通過以上框圖可以知道，首先小車完全是在自動的情況下工作，所以要采用AT89C51 單片機作為整機的控制單元。通過單片機的控制，使得小車完成各種功能。AT89C51單片機紅外傳感器電感式接近開關光敏電阻及測量電路驅(qū)動電機電磁鐵LED 顯示4而要達到小車自動循跡功能，和鐵片探測功能就必須要檢測黑帶和識別鐵片，所以選擇正確的傳感器是相當重要的。而智能循跡是基于光電傳感器實現(xiàn)小車尋找黑線，從而實現(xiàn)按軌跡行駛，并利用電感式接近開關探測鐵片并用電磁鐵將鐵片撿起。當沒有鐵片可以拾起時，通過軟件程序控制則使小車要自動行駛到固定位置。在整個工作過程中要通過 LED 數(shù)碼管顯示出拾起鐵片的數(shù)量及時間。同時，為了能夠準確實現(xiàn)運行，及取物功能，所以可以采用圖 所示程序流程圖進行設計。 圖 總程序流程圖通過對硬件方案和軟件方案的介紹，可以初步設計出小車的運行軌跡，圖 開 始初 始 化循 跡是否有貨物？ 停車計 時循 跡是否到 A 區(qū)？是否到 B 區(qū)？卸 貨計數(shù)器加 1顯 示顯 示結束NYYNNY5為小車搬運原理圖具體實現(xiàn)。ABC紅外線傳感器小車輪子A點小燈C點小燈B點小燈電感式接近開關電磁鐵光敏電阻圖 小車搬運原理圖由上圖可以看出，首先要在用黑帶制作出的小車軌跡上分別用小燈放置在A，B， C 三點，通過光敏電阻檢測光源確定 A，B，C 點。根據(jù)要求，A 點為起始點，并且小車需要運輸?shù)呢浳镆卜旁?A 點。小車行駛到 B 后，需要把貨物卸下，然后再行駛回 A 點。當 A 點沒有貨物可以取的時候，小車行駛到 C 后停止。 63 硬件設計為了能夠?qū)崿F(xiàn)小車的自動尋跡取物功能，則需要周密的考慮硬件選擇問題。可以說，在這個課題中每個部分都可以是獨立實現(xiàn)的，所以在設計中，每個小部分上要充分實現(xiàn)題目要求。只有這樣才能夠使整個課題所要求的效果得到充分展示。 元器件選擇根據(jù)題目要求，知道小車主要實現(xiàn)的功能有自動循跡，檢測物體及拾取，放下物體并檢測固定地點，并且實現(xiàn)記錄時間，數(shù)量。則為完成以上功能，下面逐步介紹器件的選擇。 核心控制單元電路的選擇方案一：采用數(shù)字邏輯電路制作，用 IC 拼湊焊接實現(xiàn)。其特點是直接用現(xiàn)成的IC 組合而成，簡單方便，但由于使用的器件較多，連線復雜，體積大，功耗大，且靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。焊點和線路較多將使成品穩(wěn)定度與精確度大打折扣。方案二：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）技術。FPGA 可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小的同時還提高了穩(wěn)定性，并且可應用 EDA 軟件仿真，調(diào)試，易于進行功能擴展，但是其成本高，芯片引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，硬件制作難度較大。方案三：采用單片機 AT89C51 來作為整機的控制單元。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求?；谝陨戏治鰯M定方案三。單片機是整個小車的大腦，是整個小車運行的核心部件，起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用。正確選用單片機作為小車的核心控制單元，本設計的主控芯片選擇7AT89C51，負責檢測傳感器的狀態(tài)并控制電機。在這里也可以選用 AT89C52，但AT89C52 的 E2prom 是 8K 而此次設計系統(tǒng)只需要 4K 就能夠完成設計需要所以選擇AT89C51。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖 所示。 圖 AT89C51如圖 為 AT89C51 的引腳圖。8圖 AT89C51 引腳圖下面簡單介紹下 AT89C51 的各引腳的功能。1) 電源引腳VCC：外接+5V；GND：電源地線。2) 時鐘引腳XTALXTAL2 為內(nèi)部振蕩器的兩條引出線。3) 控制引腳MOSI/IN0/XTAL12GND123456789101121314151617181920VCP0./2829303132334353937383140AT89C519（1）ALE/PROG:地址鎖存控制信號/編程脈沖輸入端。ALE：在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存，以實現(xiàn)低8 位地址和數(shù)據(jù)的隔離。PROG:在 EEPROM 或 EPROM 編程期間，該引腳用來輸入一個編程脈沖。（2）PSEN：片外程序存儲器讀選通有效信號。在 CPU 向片外程序存儲器讀取指令和常數(shù)時，每個機器周期 PSEN 兩次低電平有效。（3）EA/VPP：訪問程序存儲器控制信號/編程電源輸入端。EA=0 時，只訪問片外程序存儲器。EA=1 時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器。（4）RST/VPD：復位/掉電保護信號輸入端。RST 為復位信號輸入端。當 RST 保持兩個機器周期的高電平時，可對單片機實現(xiàn)復位操作。VPD 為該引腳的第二功能，是作為內(nèi)部備用電源的輸入端。4) I/O 引腳P0 口（~）：8 位雙向并行 I/O 接口。擴展外部存儲器或 I/O 口時，作為低 8 位地址總線和 8 位數(shù)據(jù)線的分時復用接口，為雙向三態(tài)。P1 口（~）：8 位準雙向并行 I/O 接口。P2 口（~）：8 位準雙向并行 I/O 接口。擴展外部數(shù)據(jù)、程序存儲器時，作為