【正文】 I 摘 要 幾年來智能技術(shù)得到了較大和較快的發(fā)展，而智能電動小車作為智能技術(shù)的一個(gè)簡單體現(xiàn)是畢業(yè)設(shè)計(jì)一個(gè)很好的課題。另外最近幾年國內(nèi)外的電子設(shè)計(jì)方面的比賽和競賽都有該方面的題目出現(xiàn)，可見得到了該領(lǐng)域的研究者、設(shè)計(jì)者和學(xué)習(xí)者的青睞和重視。本課程設(shè)計(jì)是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用 光電 傳感器、金屬探測傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實(shí)現(xiàn)小車在行駛中 自動尋跡、 躲避障礙物、 探測光源及 探測預(yù)埋金屬鐵片 ，并能顯示運(yùn)行時(shí)間和自動入庫 等問題 。 運(yùn)行時(shí)小車的測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處 理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動小車的智能化控制。 設(shè)計(jì)的具體思路是 反射式紅外光電傳感器檢測 黑 線， 然后將信號傳送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理， 使 小車 沿軌道自主行走 ；電感式接近開關(guān)電路代替金屬傳感器探測 預(yù) 埋 在 軌道下的金屬 鐵 片， 并 發(fā)出聲光信息進(jìn)行 提示；超聲波傳感器檢測障礙物通過單片機(jī)控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)避障的目的； 采用 H 型脈沖寬度調(diào)制（ PWM）全橋式驅(qū)動電路 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電動小車的正反向行駛、快慢速行駛及轉(zhuǎn)彎 ；采用 LCD1602 實(shí)時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間。 此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分 ，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實(shí)現(xiàn)， 具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能 ，能滿足系統(tǒng)的要求。 關(guān)鍵字 智能電動小車 ； 尋跡 ； 避障 ； 尋光 ； PWM； 檢測金屬 。 II The Design of Intelligent Electronic Cars Abstract In recent years ,intelligent technology has been improved by a huge margin . Intelligent electric car as intelligent technology is a simple graduation design and a good topic. These years at home and abroad, electronic design petition are the aspects of subject, visible on the field of researchers, designers and learners and attention. This course design based on AT89C51 control circuit, modular design, using photoelectric sensors, metal detection sensor, ultrasonic sensors, the realization of different detection circuit automatically in driving car tracing, evades obstacles, detection and light metal sheet, and having that running time and automatic warehousing etc. When the car running measurement data transfer process, then by singlechip microcontroller according to test data for intelligent control of electric cars. Design of concrete ideas are reflex electrcal sensor detection, and black signals to SCM system, make cars along the track independent walking, Inductive proximity switch circuit sensor embedded instead of metal in orbit, the metal sheet and light information clew, Ultrasonic sensor detection obstacles through the singlechip microputer control motor to achieve the purpose of obstacle avoidance, Using the H pulse width modulation (PWM) bridge type driving circuit control motor, electric car to drive, the speed of the pros and cons of speed and turn, Using LCD1602 realtime display car driving time. This system is more agile, using software method to solve plex hardware circuit, make the system hardware is concise, easy to realize and various functions are highly intelligent, humanization, partly reflects the intelligence, can satisfy the requirement of system. Keywords AT89C51， electric car， Automatic Track Finding(ATF). III 目 錄 第一章 緒論 ........................................................ 1 背景及意義 .................................................. 1 智能技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 .................................... 1 智能技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 .................................... 2 本文研究內(nèi)容 ................................................ 2 第二章 方案論證 ..................................................... 3 總體方案論證與比較 .......................................... 3 各模塊的方案論證 ............................................ 4 尋跡模塊 ............................................... 4 檢測金屬鐵片模塊 ....................................... 4 避障模塊 ............................................... 5 尋找光源模塊 ........................................... 5 顯示模塊 ............................................... 6 電動機(jī)驅(qū)動模塊 ......................................... 6 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ........................................... 8 AT89C51 模塊 ................................................. 8 主要特性 ............................................... 9 管腳說明 ............................................... 9 ........................................... 12 AT89C51 最小系統(tǒng) ..................................... 12 3． 2 檢測軌跡電路 .............................................. 12 3． 3 檢測金屬片電路 ............................................ 14 3． 4 檢測障礙物電路 ............................................ 15 3． 5 檢測光源電路 .............................................. 18 3． 6 顯示電路 .................................................. 19 3． 7 電動機(jī)驅(qū)動電路 ............................................ 20 第四章 軟件設(shè)計(jì) .................................................. 23 程序設(shè)計(jì) ................................................... 23 主程序設(shè)計(jì) ................................................. 23 探測金屬程序設(shè)計(jì) ........................................... 25 躲避障礙物 子程序設(shè)計(jì) ....................................... 25 總結(jié) ............................................................... 27 參考文獻(xiàn) ........................................................... 28 附錄 1：程序清單 ................................................... 30 附錄 2：系統(tǒng)原理圖 ................................................. 40 1 第一章 緒論 背景及意義 隨著科技的發(fā)展，對于未知空間和人類所不能直接到達(dá)的地域的探索逐步成為熱門，這就使機(jī)器人的自動避障有了重大的意義 。 在科學(xué)探索和緊急搶險(xiǎn)中經(jīng)常會遇到對與一些危險(xiǎn)或人類不能直接到達(dá)的地域的探測，這些就需要用機(jī)器人來完成。而在機(jī)器人在復(fù)雜地形中行進(jìn)時(shí)自動避障是一項(xiàng)必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統(tǒng)的研 發(fā)就應(yīng)運(yùn)而生。我們的自動避障小車就是自動避障機(jī)器人中的一類。自動避障小車可以作為地域探索機(jī)器人和緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動避過障礙物。 另外 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、 DVD、洗衣機(jī)、汽車等消費(fèi)類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機(jī)電一體化、智能化、小型化等趨勢。各種智能化小車市場玩具中也占一個(gè)很大的比例。根據(jù)美國玩具協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近年來全球玩具銷量增幅與全球平均 GDP 增幅大致相當(dāng)。而全球玩具市場的內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻發(fā)生了重大變化：傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩 具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額 2021 年 2021 年增長 52%，而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長 3%。英國玩具零售商協(xié)會選出的 2021 圣誕最受歡迎的十大玩具中，有七款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的電子互動式玩具已經(jīng)成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。因此，遙控加智能的技術(shù)研究、應(yīng)用都是非常有意義而且有很高市場價(jià)值的。 智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，一般主要由路徑識別、速度采集、角度控制及 車速控制等模塊組成。本次課題準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)采集傳感器信號、智能分析外部環(huán)境以及路徑信息、自動實(shí)現(xiàn)方向控制等功能的智能小車。 智能技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 在 80 年代中期，設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮已席卷全球，世界上一些著名的公司開始研制移動機(jī)器人（此時(shí)的移動機(jī)器人的主要用作大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及研究機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺），并促進(jìn)了移動機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。 90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)、高適應(yīng)性的移動機(jī)器人控制技術(shù)和真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動機(jī)器人的更高層次的研究。現(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣，種類也越來越多，但大體上可分為輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人。2 智能小車就是輪式機(jī)器人的一種，雖然是最基本的機(jī)器人雛形，但其中已包含了大部分功能，綜合國內(nèi)外專家解釋，可普遍認(rèn)為機(jī)器人一般是具有如下功能的機(jī)器： （ 1）動作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生