單片機循跡小車

1、一、研究課題的目的和意義1） 研究目的：隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，為了適應(yīng)機電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡易智能小車的構(gòu)想，目的在于：通過獨立設(shè)計并制作一輛具有簡單智能化的簡易小車，獲得項目整體設(shè)計的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。設(shè)計的

2、智能電動小車應(yīng)該能夠具有自動尋跡、小燈顯示等功能。此項設(shè)計以AT89S52單片機為控制核心，逐步實現(xiàn)小車的導(dǎo)盲行走功能。2） 研究意義：1、加深課堂上的學習由于單片機教學例子有限，因此，單片機智能車能綜合學生課堂上的知識來實踐，使學習者更好的了解單片機的發(fā)展。通過此次的單片機尋軌車制作，使學生從理論到實踐，初步體會單片機項目的設(shè)計、制作、調(diào)試和成功完成項目的過程及困難，以此學會用理論聯(lián)系實際。通過對實踐中出現(xiàn)的不足與學習來補充教學上的盲點。2、從理論轉(zhuǎn)為實際運用 智能汽車是一種高新技術(shù)密集的新型汽車，是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下利用信息技術(shù)、 智能控制技術(shù)、 自動控制、 模式識別、 傳感器技術(shù)、 汽車電子、

3、 電氣、計算機和機械等多個學科的最新科技成果，使汽車具有自動識別行駛道路、 自動駕駛等先進功能.隨著控制技術(shù)、 計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,智能車在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中已經(jīng)扮演了非常重要的角色.近年來， 智能車在野外、道路、 現(xiàn)代物流及柔性制造系統(tǒng)中都有廣泛運用，已成為人工智能領(lǐng)域研究和發(fā)展的熱點。二、研究內(nèi)容 1） 系統(tǒng)設(shè)計：智能導(dǎo)盲小車采用后輪驅(qū)動，左右后輪各用一個直流減速電機驅(qū)動，通過調(diào)制后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而達到控制轉(zhuǎn)向的目的 在車體前部分別裝有左中右三或者兩個紅外反射式傳感器，當小車左邊的傳感器檢測到黑線時，說明小車車頭向右邊偏移，這時主控芯片控制左輪電機減速，車體向左邊修正 同理當

4、小車的右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機減速，車體向右邊修正 當黑線在車體的中間，中間的傳感器一直檢測到黑線，這樣小車就會沿著黑線一直行走。2） 硬件設(shè)計：2.1主控芯片的選擇本次設(shè)計的主控芯片選擇為STC89C52 STC89C52是一種低功耗高性能CMOS 8位微控制器，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器 在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活 超有效的解決方案2.2車體的

5、選擇在本次智能尋跡小車的選擇過程中，我們選擇了后面兩輪驅(qū)動，前萬向輪轉(zhuǎn)向的小車，即后左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流減速電機進行驅(qū)動，車頭前部裝一個萬向輪 這樣，當我們通過I/O口控制兩個直流減速電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向時就可以實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn)和直行因此，我們將選擇體積輕容易控制的小車做為車體。3.3尋跡模塊設(shè)計尋跡模塊我們可以用光敏電阻組成 光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化 當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱 因此當光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化 將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平 但是這種方式受環(huán)境影響大

6、，工作不穩(wěn)定，因此，我們將研究幾種方案，選擇性價比和各方面更好的紅外傳感器。 3.4小燈模塊設(shè)計由于單片機STC89C52管腳出來的電流較小，我們將選擇一種電路來提高小燈的電壓，使小燈能基本顯示并且使小燈能表示智能車的動作，即是智能車上有兩個后燈，分別安裝在智能車后面左右，當左燈亮時表示小車左拐，右燈亮時表示右拐，兩個燈全亮時表示前進。3） 基本要求1. 智能小車的移動速度控制(主要是直流電機的控制方法)2. 超聲波傳感器的測距范圍 ，精度1mm.3. 紅外傳感器的測量范圍： 感應(yīng)角度 椎角，工作溫度-15-+70度，延時時間0.5-200秒。4 語音報警模塊5. 可擴展的其他功能,如GPS可

7、導(dǎo)航，語音輸入模塊實現(xiàn)語音指揮功能，這些功能根據(jù)需要擴展.三、本課題研究的步驟、方法及進度安排1）本課題研究的方法控制電路主要由一片單片機組成。STC89C52主要實現(xiàn)對路面黑線的檢測，以糾正小車的行走方向;以及控制小車勻速行駛。主要運用單片機STC89C52的知識，模電的相關(guān)知識和了解紅外線傳感器的工作原理。 2）研究進度計劃 第0102周：閱讀文獻，翻譯英文資料，完成開題報告； 第0304周：確定系統(tǒng)總體功能，深入研究需要的傳感器和語音報警模塊；第0506周：硬件電路各模塊的設(shè)計與搭建；第0708周：硬件電路各模塊的調(diào)試；第0910周：軟件程序的編寫；第1112周：軟件程序的整體調(diào)試；第1

8、314周：測試并完善系統(tǒng)設(shè)計； 第1516周：撰寫、修改論文，準備答辯。3）課題的研究目標及科學解決問題 預(yù)期結(jié)果是實現(xiàn)智能車能基本自動尋軌并沿軌跡前進，小燈能基本表示小車的動作。由于紅外線傳感器敏感度和距離都有限制，因此，我們將在實現(xiàn)紅外線接收的時候，尋找更好的解決辦法，使傳感器更加靈敏并使小車正確行駛。 從STC89C52管腳出來的電流較小，我們將尋找一種更好的電路，使小燈能基本顯示，因此，將學習模電，尋找一種好的電路解決小燈供電不足的情況。大概一個月能想好小燈電路的設(shè)計部分。四、主要參考文獻1 導(dǎo)盲機器人是為視覺障礙者提供環(huán)境導(dǎo)引的輔助工具。它屬于服務(wù)機器人范疇,通過多種傳感器對周圍環(huán)境

9、進行探測,將探測的信息反饋給視覺障礙者,幫助彌補他們視覺信息的缺失。世界上視覺障礙者數(shù)量眾多,而他們只能用60%的感覺來獲取經(jīng)驗。因而設(shè)計一款實用的導(dǎo)盲機器人來幫助視覺障礙者是十分重要的。本文在綜述國內(nèi)外現(xiàn)有導(dǎo)盲輔助工具特點的基礎(chǔ)上,確定了導(dǎo)盲機器人的總體方案。機器人行走機構(gòu)采用1個舵輪和2個從動輪的輪式結(jié)構(gòu),舵輪由電機驅(qū)動,控制車體行進方向,機器人前進的動力由使用者提供。機器人采用單片機控制,配備視覺傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等檢測環(huán)境信息,并具有語音提示功能。引入有限狀態(tài)機理論,運用MATLAB/Stateflow對導(dǎo)盲機器人的輸入控制時序邏輯以及軌跡跟蹤邏輯進行了建模與仿真,為下一

10、步的實體樣機的設(shè)計與改進提供了理論依據(jù)。設(shè)計了機器人的硬件電路,編寫了控制程序,進行了圖像反饋信息的處理。研制了導(dǎo)盲機器人樣機,進行了路面探測、障礙識別、軌跡跟蹤、人機合作等導(dǎo)盲實驗,并將實際運動數(shù)據(jù)進行分析,很好的驗證了系統(tǒng)的可行性。（韓雪峰.導(dǎo)盲機器人J.哈爾濱工程大學.2009.）2 盲人或是視覺有缺陷的人在社會生活中常常遇到諸多困難,其中之一是在行走的過程中難以識別和避開障礙物。研發(fā)一種成本較低、多功能、易維護、易于功能升級和擴展的移動避障小車,盡可能準確、快速感知周圍環(huán)境信息,從而輔助其避開障礙物,其選題有著實際應(yīng)用價值。本文利用超聲波傳感器對小車周圍多方向障礙物的距離進行檢測,采用

11、FPGA技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境獲取、數(shù)據(jù)處理,控制避障小車引導(dǎo)使用者行走。本文使用了模糊控制理論的方法,用不同的隸屬度函數(shù)對不同方向上的距離進行模糊化,將距離隸屬度矩陣與傳感器方向關(guān)系矩陣進行模糊合成,對模糊合成的矩陣進行分析,有重點和優(yōu)先關(guān)系的采用相應(yīng)控制策略。本文不同于以往一些需要對各種情況進行一一列舉建立規(guī)則庫的控制方法,而是引入危險區(qū)域和安全區(qū)域的概念。在避障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理之中,通過一種實時算法對模糊合成的最大隸屬度和最大隸屬度所在方向進行分析處理,對障礙物是否在安全和危險區(qū)域進行判斷以確定障礙物是否對小車行駛產(chǎn)生潛在威脅,并采取相應(yīng)措施。危險域的建立可以把那些少則上百多則上千的規(guī)則建立和查找簡

12、單化,因此本設(shè)計的實現(xiàn)變得簡潔,有效。本文完成了避障小車的軟硬件設(shè)計、制作和調(diào)試。實驗結(jié)果表明該避障小車在一定的環(huán)境下達到了令人較為滿意的避障效果。（鄒波.基于多超聲波測距與模糊控制避障系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.西南交通大學,2010.）3 本文結(jié)合機器人競賽,介紹了自主式尋跡機器人小車的設(shè)計和具體實現(xiàn)。機器人以凌陽公司的SPCE061A為平臺。機器人由傳感器、控制器和驅(qū)動器等模塊組成。采用反射式紅外傳感器來辨別路線。傳感器模塊包括了消除干擾信號的電路。對反射光強進行測量,以此為依據(jù)設(shè)置閾值電壓以保證系統(tǒng)的可靠性和準確性?？刂颇K預(yù)置了導(dǎo)航地圖并實現(xiàn)訪問景點的PID控制算法。驅(qū)動模塊的電機速度采用PWM方式進行控制。（朱益斌,胡學龍,朱亞鋒,等自主式尋跡機器人小車的設(shè)計J國外電子技術(shù)測量,2006,25(7):4042）4 控制系統(tǒng)在時域和復(fù)域中的數(shù)學模型及其結(jié)構(gòu)圖和信號流圖；比較全面地闡述了線性控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡法、頻域分析法以及校正和設(shè)計等方法；對線性離散系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論