創(chuàng)新訓練：自動避障小車

1、工程編號： “大學生創(chuàng)新訓練方案工程申報書工程名稱： 自動避障小車 負 責 人： 張強 學院名稱： 汽車與交通學院 專 業(yè)： 能源與動力工程 學 號： 1402050214 聯(lián)系 ：填表日期： 2021/10/5 沈陽理工大學 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院 制填表須知一、工程申請表要按照?沈陽理工大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練方案工程實施管理方法?的相關要求，逐項認真填寫，填寫內容必須實事求是，表達明確嚴謹。二、工程申請表填寫內容應言簡意賅，思路清晰，論證充分，一律用計算機輸入打印，填寫中如欄目篇幅不夠，可自行加頁。表格中正文字體應為小四號宋體，22磅行距，需簽字局部由相關人員以黑色鋼筆或水

2、筆簽名。三、工程申請表由工程負責人填寫，由工程負責人所在學院組織專家評審后，簽署意見，再由各學院按照要求匯總后統(tǒng)一上報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院。四、除封皮外，學院名稱均需簡寫 如經管、機械、信息、材料、環(huán)化、汽車、裝備、外語、理學、藝術。四、本申請表一式兩份，均用A4紙雙面打印，于左側裝訂成冊。五、填表如有不明事宜，請與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院辦公室聯(lián)系，地點：機關樓西側322，聯(lián)系 ：24686257。工程名稱自動避障小車工程類型創(chuàng)新訓練所屬一級學科能源與動力工程研究起止時間2021 年 11 月至 2021 年 10月申請經費(元)自付156負責人姓 名張強學號1402050214目前成績平均績點3.00所在學院

3、汽車與交通學院E-mail1273353705qq 項目成員姓名學院學號目前成績績點聯(lián)系 E-mail張強汽車與交通學00157340812751273353705qq -指導教師姓名-學院-職稱-聯(lián)系 -工程來源 學生自選，學生的積累和興趣 學生自選，教師的科研工程 教師幫選，教師的科研工程 一、 工程背景及研究意義同類研究工作國內外研究現(xiàn)狀與存在的問題等1. 現(xiàn)狀及開展方向:在現(xiàn)代社會中，智能控制廣泛應用在工廠生產、航空航天、現(xiàn)代軍事及其日常生活當中。從普通的玩具機器人到工業(yè)控制機器人，從能夠炒菜的機器人到可以進行太空探測的機器人，可以預見今后智能機器人的應用將更

4、加廣泛。隨著人們物質生活水平的提高，汽車已越來越普及，但交通事故也隨之增加，危及了人們的財產及生命平安。與此同時，隨著科學技術的開展，探險、排爆等危險場合工作的機器人，以及自動化生產運輸小車的應用也日益廣泛。隨著現(xiàn)代科學技術的迅速開展和生產系統(tǒng)規(guī)模日益增大，導致了機器人的控制對象、控制器以及控制任務和目的的日益復雜化，傳統(tǒng)機器人控制面臨許多新問題1，主要有：計算復雜性的急劇增加；精確建模的困難越來越大；輸入信息多樣化和數(shù)據(jù)量的顯著增加；大量的非確定性因素；多層次多目標的控制要求。用傳統(tǒng)的以精確建模和數(shù)值計算為根底的控制理論和方法，將整個系統(tǒng)置于固定的控制算法和模型框架下，靈活性和應變能力較差。

5、所以難以解決上述遇到的問題?；谏鲜鰡栴}，控制科學界多年來一直在探索著新的方法，尋求更加符合實際的開展軌跡。人工智能學科新的進展給人們帶來了希望。由于得益于計算機科學技術和智能信息處理的高速開展，智能控制逐漸形成一門學科，給予機器人的研究創(chuàng)造了良好的理論根底設計制作的智能小車是對輪式機器人運動方式的一個實現(xiàn)。研究輪式機器人自動躲避障礙的技術。而實時采集傳感器信號，智能分析外部環(huán)境、路徑信息，自動實現(xiàn)方向控制及速度調節(jié)，是智能小車控制的主要特點，其設計內容涵蓋機械、汽車、電子、自動控制、計算機、傳感器技術等多個學科的知識領域。作為一門新興的綜合技術，可廣泛應用于工廠自動料車、固定場地搬運車等技術

6、領域，具有良好的應用前景。2. 系統(tǒng)研究的意義:研究制作的智能小車用以實現(xiàn)最精簡的智能機器人移動系統(tǒng)，著重于對機器人運動的研究設計。實現(xiàn)小車穩(wěn)定、可靠、高效、智能的運動模式，突破環(huán)境因素對機器人應用的限制，使其能夠運用在更廣泛的工作環(huán)境中,并以系統(tǒng)化設計完成小車的智能控制。工業(yè)生產、生活的自動化都離不開智能化的機器人,譬如:人們對未知空間的探索,對單調工作的替代,在危險環(huán)境中的操作等都需借助于智能化的行走、運動機構。智能車作為最常用的行走機構在工業(yè)生產與生活中得到了廣泛的應用。智能車輛是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)它集中地運用了計算機、傳感、信息、通訊、導航、人工智

7、能及自動控制等技術是典型的高新技術綜合體具有實際意義，該設計可以應用于考古、機器人、醫(yī)療器械等許多方面。在考古方面也應用到了傳感器進行檢測，還可以應用于無人駕駛機動車，無人工廠、倉庫、效勞機器人等領域,本設計與實際相結合，現(xiàn)實意義很強。二、研究內容和擬解決的關鍵問題1. 系統(tǒng)研究的內容:要求采用AT89C51作為主控芯片，在普通玩具車的根底上安裝紅外光電開關傳感器，以AT89C51彈片機為控制中心進行信號處理和電機控制，采用液晶顯示，傳感器將外界物理信號轉換成電信號送單片機進行處理。實現(xiàn)自動避障。2. 擬解決的關鍵問題：通過各種傳感器控制小車前進、轉彎等運動，到達自動避障行駛，同時液晶顯示屏顯

8、示小車此時運行狀態(tài)(速度，距離)，是智能移動機器人實際應用的一個表達。二、 工程創(chuàng)新之處1. 電路主體：采用AT89C51作為主控芯片，通過對AT89C51進行編程實現(xiàn)對外圍電路元件實現(xiàn)智能控制。本設計是以AT89C51單片機為控制核心的智能小車，主要分為5個模塊。如圖3.1所示，分別是：電機驅動電路，避障電路，測速測距電路，穩(wěn)壓電源電路。顯示電路。89C51顯示電路測速測距電路電機驅動電路避障電路電源電路圖3.1 系統(tǒng)硬件結構圖驅動電路：主要是控制兩個電機的運動，以到達小車的左、右轉，使小車到達自動行駛；避障電路：是小車躲避障礙的環(huán)境信息采集電路，主要通過紅外傳感器到達小車自動避障功能；測速

9、測距電路：是通過紅外對管產生的一系列脈沖并利用單片機計數(shù)器進行計數(shù)，通過計算得出速度及距離；顯示電路：主要顯示小車行駛途中即時的路程及速度：電源電路：由于小車的驅動電壓和控制電壓不同，穩(wěn)壓電源就可以分別滿足這兩方面的電源要求。2. 避障電路的設計：本次設計就采用了集成式的紅外光電開關E3F-DS10C4 為小車的避障傳感器。E3F-DS10C4接收頭的黃色線為信號線，綠色線為地線，紅色線為電源線，首先將其電源線接好；因為此傳感器實質上是一個光電開關，不需要再加任何放大電路，所以當探頭在未探到障礙時，黃色的信號線上存在一定的電壓，當有障礙時，信號線上的電壓為零。傳感器所用的電壓是小車的控制電壓，

10、+5V左右，而信號線的輸出為零和+3.6V的電壓，不能直接接在單片機的IO口，在傳感器的電源線和信號線之間接10K上拉電阻。這樣就到達了當有障礙時就輸出5V的高電平，否那么就是低電平。開始我們使用一個8050NPN三極管作為傳感器的求非的開關電路，但由于在傳感器和開關電路共地的時候，傳感器的輸出始終為低電平，不與其工作方式一致。兩個傳感器分別安裝在小車的左右兩側。當任何一個傳感器碰到障礙而輸出高電平傳送個單片機。單片時機對應不同側的傳感器的信號而執(zhí)行相應的避障程序。假設左側傳感器發(fā)出信號，單片機那么在小車前進時立即停止，并執(zhí)行右轉的中斷程序。避障模塊的原理圖：四、工程進度安排查閱資料、選題、自

11、主設計工程研究方案、開題報告、實驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理與分析、研制開發(fā)、填寫結題表、撰寫研究論文和總結報告、參加結題辯論和成果推廣等1. 按照預期功能設計電路:一預期功能實現(xiàn)電路：1.驅動電路：主要是控制兩個電機的運動，以到達小車的左、右轉，使小車到達自動行駛；2.避障電路：是小車躲避障礙的環(huán)境信息采集電路，主要通過紅外傳感器到達小車自動避障功能；3.測速測距電路：是通過紅外對管產生的一系列脈沖并利用單片機計數(shù)器進行計數(shù)，通過計算得出速度及距離；4.顯示電路：主要顯示小車行駛途中即時的路程及速度：電源電路：由于小車的驅動電壓和控制電壓不同，穩(wěn)壓電源就可以分別滿足這兩方面的電源要求。二總電路原理

12、圖見下:2. 購置元器件小車套件，萬用板，液晶1602，驅動模塊，杜邦線公對公、母對母、公對母，電烙鐵，焊錫絲，51程序下載器，E3F-DS10C4，AT89C51，電源18650等。設備需要：220V電源，插座，插排，螺絲刀等。3. 連接電路:用烙鐵和焊錫以及導線和杜邦線進行電路連接4. 按照預期功能設計程序：采用keil軟件用c語言進行編程，編程時需查閱電路中各個硬件的中文說明手冊。局部程序實例如下：小車驅動及避障代碼：#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit P1_0=P

13、10;sbit P1_1=P11;sbit P1_2=P12;sbit P1_3=P13;sbit P1_4=P14;sbit P1_5=P15;uint i,j,number=0;void delay(unsigned char i) uchar j,k; for(;i>0;i-) for(j=15;j>0;j-) for(k=10;k>0;k-); /大約0.1的周期。void PWM_creat()P1_4=0;P1_5=0; delay(150);P1_4=1;delay(5);P1_5=1;delay(100);void int0_metal() interrupt

14、 0 using 0 /紅外避障 EA=0; P1_0=1; P1_1=0; P1_2=0; P1_3=0; PWM_creat(); delay(1500); EA=1;void int1_metal() interrupt 2 using 1 EA=0; P1_0=0; P1_1=0; P1_2=1; P1_3=0; PWM_creat(); delay(1500); EA=1;void main() P1=0xff; IT0=0; IT1=0; EX0=1; EX1=1; EA=1; while(1) P1_0=1; P1_1=0; P1_2=1; P1_3=0; PWM_creat()

15、; 5. 程序燒錄與調試：程序燒錄:首先將編號的程序用keil軟件進行編譯生成hex文件，然后用USB-232轉TTL電平的轉串口下載器用stc-isp-15xx-v6.85H軟件進行燒錄。調試:一調試目的：系統(tǒng)調試是整個設計中最難，也是最關鍵的環(huán)節(jié)，影響到整個設計的成功與否，所以做好系統(tǒng)的調試是理所當然的。任何一個系統(tǒng)的設計都不是一次能夠完成的，都要經過反復的修改才能最終應用于實際中。對于硬件電路而言，首先，在理論上沒有問題的電路，有可能在實際應用中會出現(xiàn)問題，就是說，理論上可行，實際中不可行；其次，在焊電路板的過程中，有可能會出現(xiàn)虛焊等。這些都要經過調試后才能解決。所以說，調試就是為了使系

16、統(tǒng)更加完善，并能應用于實際。二調試過程：1.驅動電路調試：焊接完驅動電路后，首先使用較低的驅動電壓進行測試，以防止電壓過高而損壞L298N。在未安裝單片機的情況下，在單片機底座相應于控制驅動電路的IO口的前4位接入不同電平高電平和低電平。然后測試L298N四個輸出口的電壓，得到相應的電壓。在以上都能完成的情況下，將單片機安裝在底座上。寫入一個簡單的程序，置P1.1口為高電平，即讓小車保持前進的狀態(tài)。翻開電源后，小車能正常的行駛。之后分別置P1.0、P1.2、P1.3為高電平，測試小車是否正確平穩(wěn)的運行。2.避障電路調試：紅外傳感器使用的電源為小車的控制電源，即5V電壓。但傳感器輸出電壓較低，不

17、能滿足單片機要求，所以在信號線與電源線之間接上拉電阻，使信號線電壓升高。到達完成躲避障礙的硬件要求。3.顯示電路調試：P0口在使用時必須上拉電阻，開始時接10K的上拉電阻，但液晶顯示亮度不夠，經分析是由于小車單片機外圍電路較多，電源功率缺乏，所以改用10K電阻作為1k口上拉電阻，之后效果較好。在測試LCD是否正常時，假設顯示器沒有顯示，此時應寫傳送數(shù)據(jù)的測試程序，查看單片機的數(shù)據(jù)是否傳至LCD。4.測速測距電路調試：測速測距原理主要是利用車輪上的齒通過紅外采樣器進行處理，當遇到齒時為低電平，沒有遇到齒時為高電平，由于紅外采樣器遇到齒時的電平為+2.6V，沒有遇到齒時電平為+3.4V，這種電平是

18、滿足不了單片機高，低電平的需求，在調試過程中只有通過比擬，放大來滿足這種要求，本次采用LM358來達成需求。5.電源電路調試：電源電路在焊接完之后能夠很好的穩(wěn)定電路的控制電壓，但在接入兩個電機和三個傳感器后，由于負載大而使7805穩(wěn)壓芯片溫度升高。超過了7805在不加裝任何散熱片的額定工作溫度，因此安裝一個較小的散熱片便解決了此問題。三系統(tǒng)測試:調試后的智能小車根本完成了預期的要求和功能，測試結果下表： 路程測試表理論路程m實際路程m誤差%10.,964%21.933.5%32.903.33%43.873.25%54.853%65.832.83%76.822.57%87.812.38%紅外檢測距離為40cm，當在檢測范圍內檢測到障礙物，電平變?yōu)楦唠娖?，觸發(fā)中斷，左輪停轉，右輪轉動，或左輪轉動，右輪停轉，完成轉彎功能，實現(xiàn)自動避障。五、工程經費預算如材料費、資料費、版面費、專利費、調研費等所有材料加上工具大概在300元以內，如果有工具那么大概150元左右。資料可以問芯片的賣家要，所以無需花費任何費用。編程軟件