【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文）課題名稱： 基于單片機(jī)控制的循跡小車指導(dǎo)教師： 系 別： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 摘 要本文論述了基于單片機(jī)的智能循跡小車的控制過(guò)程。智能循跡是基于自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，以及選擇正確的路線。智能循跡小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車，無(wú)人工廠，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)采用89C52單片機(jī)作為小車的控制核心；采用RPR220紅外反射式開(kāi)關(guān)傳感器作為小車的循跡模塊來(lái)識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；采用驅(qū)動(dòng)芯片L298N構(gòu)成雙H橋控制直流電機(jī)，其中軟件系統(tǒng)采用C程序，本設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高目 錄摘 要 1目錄 1第1章 緒 論 2 2 3 本設(shè)計(jì)的意義 4第二章 方案論證 5 控制器方案論證 5 供電單元方案論證 5 智能循跡小車電源模塊的選擇 5 5 檢測(cè)循跡模塊 6 顯示模塊論證 6第三章 智能循跡小車硬件部分 6 系統(tǒng)總體方案 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 7 電源模塊 8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 9 循跡單元電路 11 13 顯示模塊電路 14第四章 循跡小車項(xiàng)目軟件流程圖 15 總體軟件流程圖 15 15 16第五章 總結(jié) 17第六章 致 謝 18第七章 參考文獻(xiàn) 18附圖 設(shè)計(jì)總體圖 19封底 20第1章 緒 論目前 ，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，出現(xiàn)于20世紀(jì)06年代。當(dāng)時(shí)斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移動(dòng)機(jī)器人，目的是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜環(huán)境下，完成機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。從此，移動(dòng)機(jī)器人從無(wú)到有，數(shù)量不斷增多，智能車輛作為移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要分支也得到越來(lái)越多的關(guān)注。智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及白動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車輛也叫無(wú)人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它具有道路障礙自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開(kāi)障礙物并沿著預(yù)定的道路(軌跡)行進(jìn)。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一些智能化技術(shù)設(shè)備:(1)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，主要完成對(duì)來(lái)自攝像機(jī)所獲取的圖像的預(yù)處理、增強(qiáng)、分析、識(shí)別等工作。(2)攝像機(jī)，用來(lái)獲得道路圖像信息。(3)傳感器設(shè)備，車速傳感器用來(lái)獲得當(dāng)前車速，障礙物傳感器用來(lái)獲得前方、側(cè)方、后方障礙物等信息。智能車輛技術(shù)按功能可分為三層，即智能感知/預(yù)警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自動(dòng)操作系統(tǒng)團(tuán)。上一層技術(shù)是下一層技術(shù)的基礎(chǔ)。三個(gè)層次具體如下:(1)智能感知系統(tǒng)，利用各種傳感器來(lái)獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境及駕駛員本身的狀態(tài)信息，必要時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。主要包括碰撞預(yù)警系統(tǒng)和駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點(diǎn)警告、車道偏離警告、換道/并道警告、十字路口警告、行人檢測(cè)與警告、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。(2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進(jìn)行車輛控制操作。主要包括:巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、準(zhǔn)確泊車系統(tǒng)及精確機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。(3)車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術(shù)的最高層次，它由車載計(jì)算機(jī)全部自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)車輛操作功能。目前，主要發(fā)展用于擁擠交通時(shí)低速自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊(duì)駕駛系統(tǒng)等。 目前，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、財(cái)力研制開(kāi)發(fā)針對(duì)特殊條件下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中包括研究使用遠(yuǎn)程、無(wú)人的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如機(jī)器人、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。無(wú)線傳輸?shù)陌l(fā)展使得測(cè)量變得相對(duì)簡(jiǎn)單而且使得處理數(shù)據(jù)的速度變得很快甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理”。該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避。通過(guò)構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。 本設(shè)計(jì)的意義隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。可見(jiàn)其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的C52為控制核心， C52采用CHOMS工藝，功耗很低。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。智能小車國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀: 世界各國(guó)在智能微型車領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究，己經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在探測(cè)和軍事領(lǐng)域使用特別多。近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。世界各國(guó)開(kāi)發(fā)、研制星球探測(cè)車系統(tǒng)己經(jīng)有了多年的歷史。美國(guó)和前蘇聯(lián)是從20世紀(jì)60年代末期開(kāi)始進(jìn)行月球表面探測(cè)任務(wù)的。美國(guó)曾在1966^1968年間，向月球成功發(fā)射了兩次無(wú)人巡游探測(cè)器。1997年，由美國(guó)JPL(全稱JetPropulsion Laboratory，美國(guó)太空總署噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室)研制的Sojourner號(hào)探測(cè)車登上了火星。它驗(yàn)證了小型火星車的性能，并完成了一系列技術(shù)試驗(yàn)。2004年1月，美國(guó)的“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星探測(cè)車再度登陸火星。前蘇聯(lián)在1959^1976年間，總共成功發(fā)射了兩個(gè)月球探測(cè)車。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，無(wú)論是在生活，生產(chǎn)上，單片機(jī)無(wú)處不在。ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。AT89S52可以說(shuō)是單片機(jī)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品 ，其應(yīng)用如此廣泛，所以有必要去學(xué)習(xí)和應(yīng)用該單片機(jī)，以滿足實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的需要，也是適應(yīng)社會(huì)智能化、自動(dòng)化的趨勢(shì)。通過(guò)構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。第二章 方案論證 控制器方案論證按照題目要求，控制器主要用于控制電機(jī)，通過(guò)相關(guān)傳感器對(duì)路面的軌跡信息進(jìn)行處理，并將處理信號(hào)傳輸給控制器，然后控制器做出相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的前進(jìn)和后退，保證在允許范圍類實(shí)現(xiàn)蹺蹺板的平衡。方案一：可以采用ARM為系統(tǒng)的控制器，優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，片上外設(shè)集成度搞密度高，提高了穩(wěn)定性，系統(tǒng)的處理速度也很高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。方案二：采用AT89c52作為系統(tǒng)控制的方案。AT89C52單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，功耗低、體積小、技術(shù)成熟，成本也比ARM低?？紤]到性價(jià)比問(wèn)題，本設(shè)計(jì)選擇 用AT89C52單片機(jī)做控制器。 供電單元方案論證方案一：采用單電源供電，通過(guò)單電源同時(shí)對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少機(jī)身的重量，操作簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是，這樣會(huì)使單片機(jī)的波動(dòng)變大，影響單片機(jī)的性能，穩(wěn)定性比較弱。方案二：采用雙電源供電，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電源分別對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少波動(dòng)，穩(wěn)定性比較好，可以讓小車更好的運(yùn)作起來(lái)，唯一的缺點(diǎn)就是會(huì)增加小車的重量。綜合以上的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)決定采用第二種方案 智能循跡小車電源模塊的選擇 方案一直接用直流電源供電。采用LM7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生12V和5V的直流電壓供給系統(tǒng)各個(gè)模塊用。 方案二:采用容量為9000mA的鋰電池供電鋰電池質(zhì)量輕容量大能為小車較長(zhǎng)時(shí)間地供電。論證后選用方案一 方案一采用分立元件制作而成的H橋驅(qū)動(dòng)電路作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件制的H橋驅(qū)動(dòng)電路雖然可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，成本也低廉，但是由于各個(gè)元件的參數(shù)不一樣，穩(wěn)定性難以保證。因此本設(shè)計(jì)放棄了這一方案。 方案二采用專門(mén)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)，性能穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)L298N能夠很穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)也易于控制，所以本設(shè)