循跡避障小車設計報告

《循跡避障小車設計報告》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《循跡避障小車設計報告（14頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 項目名稱：智能小車 系別： 信息工程系 專業(yè)：11電氣工程及其自動化 姓名：劉亮、崔占闖、韓康 指導老師： 王蕾 目錄 摘要：...............................................................................................3關鍵詞：............................................................................................

2、.3 緒論：.................................................................................................3 一、 系統(tǒng)設計.............................................................................4 1.1、任務及要求...................................................................4 1.2車體方案認證與選擇...............

3、.......................................4 二、硬件設計及說明....................................................................5 2.1循跡+避障模塊..............................................................5 2.2主控模塊........................................................................6 2.3電機驅動模塊............

4、....................................................6 2.4機械模塊........................................................................7 2.5 電源模塊.......................................................................7 三、自動循跡避障小車總體設計………………………………..7 四、軟件設計及說明.........................................

5、............................8 4.1系統(tǒng)軟件流程圖............................................................9 4.2系統(tǒng)程序........................................................................9 五、系統(tǒng)測試過程.......................................................................12 六、總結...........................

6、............................................................13 七、附錄：系統(tǒng)元器件..................................................................13 摘要 本設計主要有三個模塊包括信號檢測模塊、主控模塊、電機驅動模塊。信號檢測模塊采用紅外光對管，用以對有無障礙與黑線進行檢測。主控電路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52單片機為控制芯片。電機驅動模塊采用意法半導體的L298N專用電機驅動芯片，單片控制與傳統(tǒng)分立元件電路相比，使整個系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定

7、性。信號檢測模塊將采集到的路況信號傳入STC89C52單片機，經單片機處理過后對L298N發(fā)出指令進行相應的調整。通過有無光線接收來控制電動小車的轉向，從而實現自動循跡避障的功能。 關鍵詞：智能循跡避障小車，STC89C52單片機，L298N驅動芯片，信號檢測模塊，循跡避障 緒論 （一）智能小車的作用和意義 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。 隨著科學技術的發(fā)展，機器人的感系統(tǒng)，對于

8、視覺的各種技術而言圖像處理技術已相當發(fā)達，而基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，目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、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)中考慮使用接近覺傳感器是覺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。視覺的典型應用領域為自主式智能導航一種實用有效的方法。 機器人要實現自動導引循跡功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物，感知導引線相當給機器人一個視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動導引小車系統(tǒng)，基于它的智能小車實現自

9、動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執(zhí)行動作。 該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、cpu、執(zhí)行部分。機器人要實現自動循跡避障功能，感知導引線和障礙物?？梢詫崿F小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外光電傳感器來充當。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機來充當的，主要控制小車的行進方向。單片機驅動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機資源

10、，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現精確調速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調制，需要占用單片機資源，難以精確調速，但單片機型號的選擇余地較大?？紤]到實際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機，配合軟件編程實現。 （二）智能小車的現狀 現智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質成果。其基本可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我們此次的設計主要實現循跡避障這兩個功能。 一、系統(tǒng)設計 本組智能小車的硬件主要有以STC89C52單片機作為核心的主控

11、器部分、自動循跡+避障部分、電機驅動部分。電機驅動部分和其他部分由一個電源通過串聯供電。 小車硬件系統(tǒng)示意圖如下： 自動循跡+避障模塊 電機驅動模塊 STC89C52 單片機 電源5V 供電途徑 功能控制 1.1、任務及要求 設計一個基于直流電機的自動循跡避障小車，使小車能夠自動檢測地面黑色軌跡和道路兩側的擋板（沒有黑線時），并沿著黑色軌跡和擋板行駛。 檢測（黑線） 驅動電機 軟件控制 控制小車 1.2、車體方案認證與選擇 方案一：自己動手制作電動車，一方面材料缺少，另一方面制作過程要花費大量的時間，而且同學中手藝也不好，制作出來的小車還可能

12、機械性能不好?？紤]到時間與性能這兩方面，我們放棄了這一方案 方案二：購買小車全套零件，購買的小車全套零件具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅動電路。易改裝，好控制。機械性能有保障。 小車圖片如下： 綜合考慮，最終選擇方案二 二、硬件設計及說明 2.1循跡+避障模塊 我們選擇四路紅外探測 尋跡光電傳感器 此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭，并使用LM339 電壓比較器（加入了遲滯電路更加穩(wěn)定）做為核心器件構成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測功能能極大的滿足各種自動化、智能化的小型系統(tǒng)

13、的應用。 此模塊的特點： 易于安裝，使用簡便； 4 路分別獨立工作，工作時不受數量限制； 中控板與探頭分開，安裝位置不受限制； 模塊高度≤10 毫米； 安全工作電壓范圍在 3伏特至 6 伏特之間； 4 路全開工作電流 30 毫安至 55 毫安之間。 2.2主控模塊 我們采用宏晶公司的STC89C52單片機作為主控制器。STC89C52是一個高速，低功耗，超強抗干擾的8位單片機，片內含32k 空間的可反復擦寫100,000 次Flash 只讀存儲器，具有4K 的隨機存取數據存儲器（RAM），32 個I/O口，2個8位可編程定時計數器，且可在線編程、調試，方便地實現程序的

14、下載與整機的調試。 時鐘電路和復位電路（與單片機構成最小系統(tǒng)） 1）采用外部時鐘，晶振頻率為12MHZ 2）采用按鍵復位 2.3電機驅動模塊 電機 電機采用直流減速電機，直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產生較大扭力。 可選用減速比為1：74 的直流電機，減速后電機的轉速為100r/min。若車輪直徑為6cm，則小車的最大速度可以達到 V=2πrv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。 驅動 驅動模塊采用專用芯片L298N 作為電機驅

15、動芯片，L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，其響應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機。以下為L298N的引腳圖和輸入輸出關系表。 圖L298N外部引腳 表1 L298N輸入輸出關系 驅動電路的設計如圖2 所示： 圖2 L298N電機驅動電路 L298N 的5、7、10、12 四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可實現兩個直流電機的PWM調速控制。 2.4電源模塊 采用4節(jié)普通1.5V干電池單電源供電，采用串聯方式同時給單片機與電機供電。 三、自動循跡避障小車總體設計 3．1 總體電路圖 四、軟件設

16、計及說明 4.1系統(tǒng)軟件流程圖 開始 前進 否 否 掃描I/O口，是否檢測到黑線 掃描I/O口，是否檢測到障礙 是 是 左/右檢測到黑線 左/右檢測到障礙 右/左行進 左/右行進 4.2循跡避障程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char zkb1=0 ; //**左邊電機的占空比**// unsigned char zkb2=0 ; //**右邊電機的占空比**// unsig

17、ned char t=0; //**定時器中斷計數器**// sbit LSEN2=P2^0; sbit LSEN1=P2^1; sbit RSEN1=P2^2; sbit RSEN2=P2^3; //**傳感器***/ sbit IN1=P1^0; sbit IN2=P1^1; sbit IN3=P1^2; sbit IN4=P1^3; sbit ENA=P1^4; sbit ENB=P1^5; //**********初始化定時器中斷***********// void init() { TMOD=0x01; TH0=(65

18、536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; } //***********中斷函數+脈寬調制***********// void timer0() interrupt 1 { if(t=50) {t=0;}

19、 } //******************直行******************// void qianjin() { zkb1=50; zkb2=50; } //***************左轉函數1***************// void turn_left1() { zkb1=0; zkb2=50; } //***************左轉函數2***************// void turn_left2() { zkb1=0; zkb2=50; } //*********

20、******右轉函數1***************// void turn_right1() { zkb1=50; zkb2=0; } //***************右轉函數2***************// void turn_right2() { zkb1=50; zkb2=0; } //***************循跡函數*****************// void xunji() { uchar flag; if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(

21、LSEN2==1)) { flag=0; } //*******直行*******// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==1)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==1)) { flag=1;} //***左偏1,右轉***// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==1)&&(LSEN2==1)) { flag=2; } //***右偏1,左轉***// else if((RSEN2==0)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(

22、LSEN2==1)) { flag=3; } //***右偏2,左轉***// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==0)) { flag=4;} //***左偏2,右轉***// switch (flag) { case 0:qianjin(); break; case 1:turn_right1(); break; case 2:turn_left1(); break; case 3:tu

23、rn_left2(); break; case 4:turn_right2(); break; default: break; } } //****************主程序****************// void main() { init(); zkb1=50; zkb2=50; while(1) { //******給電機加電啟動******// IN1=1; IN2=0; IN3=1; IN4=0;

24、 ENA=1; ENB=1; while(1) { xunji(); //*********尋跡**********// } } } 五、系統(tǒng)測試過程 本小車能實現循跡避障功能，它能沿著地面上黑色軌跡行駛實現循跡功能，也能檢測到跑道兩側的擋板，沿擋板行駛實現避障功能。 尋跡避障小車軌跡圖介紹：軌道由循跡部分（黑線）和避障部分（道路兩側加擋板）兩部分組成，小車先進入循跡軌道，沿黑線行駛，到達兩部分連接處進入避障軌道沿擋板行駛，從而實現尋跡和避障功能的展示。軌道示意圖如下： 為保證小車能正常行

25、駛，循跡部分的黑線寬度應在3.5至4cm。避障軌道的寬度應大于20cm小于25cm。 六、總結 測試結果表明：本組智能小車能很好的完成了循跡和避障功能，循跡跑道是由黑色膠布在白色地面上拉線完成，小車可以從O型跑道的任何段為起點，跑完全程。避障跑到是通過擺放障礙物，小車可以走出障礙區(qū)間。 七、附錄：系統(tǒng)元器件 L298N模塊/步進電機直流電機驅動模塊/小車電機驅動模塊/輸出5V 四路紅外探測 尋跡光電傳感器 尋跡小車 循跡避障模塊 黑白線識別 51單片機最小系統(tǒng)板/USB下載程序/51單片機開發(fā)板 智能小車底盤/尋跡小車/機器人/帶碼盤/強磁電機/ZK-2WD 四節(jié)五號電池板組 附帶四節(jié)五號干電池 導線若干 14