【正文】 （論文） 題 目 基于 AT89C51 的智能小車設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號 專業(yè)班級 所在學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師（職稱） 二○一 二 年 4 月 20 日 I 基于 AT89c51 智能小車的設(shè)計(jì) 摘 要 本文 設(shè)計(jì)了一種 基于 單片機(jī)控制的簡易自動尋跡小車 系統(tǒng) ， 包括系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和控制程序的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng) 以 AT89C51 為控制核心 ，利用 單片機(jī) 產(chǎn)生 PWM 波 ， 控制小車速度 ； 利用紅外光電傳感器對路面 黑色軌跡進(jìn)行檢測 ， 并將路面檢測信號反饋給單片機(jī) ， 單片機(jī)對采集到的信號予以分析判斷 ， 及時控制驅(qū)動電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向 ， 從而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛 ， 實(shí)現(xiàn)小車自動尋跡的目的。 經(jīng)過測試結(jié)果顯示，小車能夠較好的實(shí)現(xiàn)自動循跡、自動轉(zhuǎn)彎以及加速的功能。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) 紅 外 傳感器 直流電機(jī) 自動循跡小車 II Design of intelligent vehicle based on AT89c51 Abstract This paper introduces a design based on the single chip microputer control automatic tracing system, including the hardware circuit design and software design of the control program. The system uses AT89C51 as the control core, using singlechip generated PWM wave, control of the car speed。 using infrared photoelectric sensor on pavement black trajectories were detected, and the pavement detection signal feedback to the microcontroller, microcontroller on the acquisition of the signal analysis, timely control the drive motor to adjust the car steering, thereby to enable the car to along the black path automatic travel, realize automatic tracing purposes. After the test results show, the car can better achieve the automatic tracking function, automatic function of turning and accelerating function Keywords : MSC infrared sensor ； DC motor ； autotracking car 1 1 緒 論 智能車的概述 1953 年，美國 Barrett Electric 公司制造 了世界上第 1臺采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤路徑的自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。這些自動導(dǎo)向車 主要用于自動化倉貯系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運(yùn)輸。在 20世紀(jì) 70 年代和 80 年代初，“智能車”的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大而且工作條件也變得多樣化，因此，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到了更廣泛的研究與開發(fā)?，F(xiàn)在隨著社會的發(fā)展智能控制已經(jīng)融入到了我們的學(xué)習(xí)和生活之中，它給我們帶來了很多的方便，所以研究它對于我們的有著重要的意義。 智能 小車是利 用微控制器 芯片作為主控芯片的智能模型車，它可以由紅外光電傳感器或視頻采集等諸多的方法來實(shí)現(xiàn) 路徑識別。 通過對小車速度的智能控制，使小車能按照任意給定的黑色引導(dǎo)線平穩(wěn)地尋跡并完成規(guī)定路徑，這種智能車涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科，其中智能控制是很重要的環(huán)節(jié)。智能控制能在無人干預(yù)的情況下自主地驅(qū)動智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)。對許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)的控制理論去進(jìn)行定量計(jì)算和分析，而必須采用定量方法與定性方法相結(jié)合的控制方式。定量方法與定性方法相結(jié)合 的目的是 要由機(jī)器用類似于人的智慧和經(jīng)驗(yàn)來引導(dǎo)求解過程。 因此，在研究和設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)時，主 要注意力不放在數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理方面，而是放在對任務(wù)和現(xiàn)實(shí)模型的描述、符號和環(huán)境的識別以及知識庫和推理機(jī)的開發(fā)上，即智能控制的關(guān)鍵問題不是設(shè)計(jì)常規(guī)控制器，而是研制智能機(jī)器的模型。此外，智能控制的核心在高層控制，即組織控制。高層控制是對實(shí)際環(huán)境或過程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)問題求解。為了完成這些任務(wù)，需要采用符號信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識表示、自動推理和決策等有關(guān)技術(shù)。這些問題求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 智能控制的發(fā)展 智能控制的發(fā) 展是隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而興起的，自動控制和人工智能以及系統(tǒng)科學(xué)中一些有關(guān)學(xué)科分支經(jīng)過一定的發(fā)展已經(jīng)能夠結(jié)合起來，建立一種適用于復(fù)雜系統(tǒng)的控制理論和技術(shù)。 智能車的應(yīng)用 意義 城市公共交通是與人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。然而，目前世界上許多大城市都面臨著由私人汽車過度使用而帶來的諸多問題，例如道路堵 2 塞、停車?yán)щy、能源消耗、噪聲污染和環(huán)境污染等，這些問題嚴(yán)重降低了城市生活的質(zhì)量。優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是提高交通資源利用效率，緩解交通擁堵的重要手段。智能車有著極為廣泛的應(yīng)用前景 。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航并把車開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實(shí)現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛； 它 也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險(xiǎn)、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外 它 還能擔(dān)當(dāng)起無人值守的 研發(fā)也是很有價(jià)值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達(dá)會自動探測前方的障礙物，電腦會控制車輛自動停下來，將極大的保護(hù)駕駛員的安全。 論文主要設(shè)計(jì)任務(wù) 本文設(shè)計(jì)的主要任務(wù)基于單片機(jī)為核心控制部件，結(jié)合紅外傳感器、比較器、穩(wěn)壓器等器件 ，電機(jī)驅(qū)動以及軟件控制程序的設(shè)計(jì)，使小車能夠自動檢測地面黑色軌跡，并沿著黑色軌跡行駛。 系統(tǒng)方案方框圖如圖 11所示。 圖 1 1 系統(tǒng)方案 的 方框圖 檢測（黑線） 驅(qū)動電機(jī) 軟件控制 控制小車 3 2 系統(tǒng)的總體 方案 本章主要圍繞系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，介紹系統(tǒng)組成框圖 ，系統(tǒng)各模塊的選擇方案 。 系統(tǒng)總體規(guī)劃 整個系統(tǒng)的構(gòu)成是由 三部分組成。第一部分是整個智能小車系統(tǒng)的運(yùn)動控制，這部分是智能小車的核心，負(fù)責(zé)對傳感器所發(fā)送過來的信息進(jìn)行接收、分析、處理以及執(zhí)行，最終用于控制小車的行駛 路線以及加速、轉(zhuǎn)彎的功能；第二 部分是智能小車車體上安裝的傳感器件，負(fù)責(zé) 對 軌跡的檢測和現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集 、比較，并將檢測與采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī) 。 第三部分是智能小車的車身部分，車身部分對安裝在它上面的各種器件的布局有較大的影響，同時，也會最終影響到小車行駛的穩(wěn)定性。 因此，在整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃的過程中，對這三部分要進(jìn)行合理的分析、處理以及應(yīng)用。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)組成框圖 本文的控制系統(tǒng)主要由主控制 模塊 、 電源模塊 、 檢測模塊 、 電機(jī)驅(qū)動模塊四部分組成 ,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示 。 圖 21 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 主控制模塊的選擇 方案一：選擇 STC89C52 單片機(jī)作為智能小車的控制核心，可以較好的完成智能小車的循跡、加速、轉(zhuǎn)彎等功能，同時具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的能力。 方案二：選擇 STC12C5410AD 單片機(jī)作為主控芯片，雖然 STC12C5410AD 單片機(jī)自帶ＰＷＭ和ＡＤ功能?？墒钩绦蚓帉懜啙?，運(yùn)行速度更快，但 IO 口相對主 控 制 模 塊 檢測模塊 電源模塊 電機(jī) 與 驅(qū)動模塊 4 較少，不能滿足實(shí)際需求。 根據(jù)主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，最終采 用方案一。 檢測模塊的選擇 由于 考慮到 黑色軌跡和白色軌跡對 光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷智能小車的行駛軌跡， 通常采取的方法是紅外探測法。 1）紅外探測法的簡介 紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，不斷地向 外 發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色 障礙物 時發(fā)生漫反射，反射光被與之相對 的