基于STC89C51单片机的智能避障小车

西华大学“西华杯”学生课外学术科技作品项目申报书项目名称：基于STC89C51单片机的智能避障小车学院名称：电气信息学院申报者姓名（集体名称）：指导老师：类别：□自然科学类□哲学社会科学类□科技发明制作类1.本项目申报书，在申报项目批准后，方为有效。2.本项目申报书填写一式一份,报校团委。3.本项目申报书各项内容,要实事求是,逐条认真填写。表达要明确、严谨。4.本项目申报书要求用A4纸打印，双面复印（项目组成员签名由本人亲笔填写）装订成册；填写、装订不符合要求者，申报项目不予受理。5.项目原则上在一年内完成。6.项目完成时，按照本项目申报书第二栏填写的成果形式结题（验收、鉴定），请各学院（直属系）严格审定。7.如有未尽事宜，可另附材料说明。一、研究目的、意义和发展概况：研究目的：了解智能化仪器的工作方式及设计技巧。培养创新思维，提高动手能力，掌握电路设计的方法和技巧。培养活学活用的思维，深入的了解电子元器件的使用方法，学习灵活敏捷的判断电路中出现的故障，积累更多的设计经验。发展概况：随着时代的进步，自动化，智能化的仪器在我们的生活中发挥着越来越大的作用。我们相信未来生产力的提高在很大程度上取决于自动化和智能化。研究意义：在科学探索及紧急抢险中经常要对一些危险或人类不能直接到达的地域进行探测，这就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。通过此次制作我们可以了解红外脉冲传感器的工作原理，熟悉单片机的编程及其对外围设备的控制，了解电动机的工作原理、驱动及使用方法。二、主要研究内容（包括研究方案，研究特色，研究规模等）及提供成果的形式：研究方案：小车由避障，控制，电机，显示，电源五个模块组成。（一）避障模块。供此模块选择的传感器，主要有超声波传感器和红外传感器。其中超声波传感器的有效范围一般是2—500cm。且其抗干扰能力很强大，适合商用。红外传感器的有效范围一般为3—80cm，抗干扰能力一般。但是足以满足此次制作需要。综合考虑制作要求和成本问题。我们决定选择脉冲调制的反射式红外线发射接受器。原因是：采用该有交流分量的调制信号，可大幅度减少外界干扰；另外红外线接收的最大工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。它的优点是能在一定程度上消除了外界光线的干扰，提高了灵敏度。（二）控制模块——核心控制CPU的选择市场上流通很多种类的单片机，一般在性能上都可以达到要求，例如STC系列，AT系列，PIC，DSP等。综合考虑成本和实用性，我们选择STC89C52单片机作为本次设计的核心控制CPU。原因如下：第一STC系列单片机性能优越，完全可以满足本次设计的需要，这款单片机具有8kb的内存，支持在线下载。第二，该单片机容易购买，价格便宜，适合竞赛。（三）电机模块。供选择的主要有普通电动机、伺服电机和步进电动机。比较步进电机和直流电机我们发现，前者的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。而普通电机在性能上与步进电机有显著的差距，它不能很好的适应避障小车所需的急停急转功能。而伺服电机虽然性能优于步进电机，但是价格太昂贵，不符合本次制作尽可能节约成本的原则。考虑到小车性能要求和成本，决定选用一台摇摆式步进电机和两台直流减速电机作为本次制作的电机部分。其中步进电机用于红外探头的转动，直流电机用于后轮的驱动。（四）电源模块。考虑到小车的灵和性，我们选择干电池供电。（五）显示模块。显示部分使用LCD1602液晶显示屏。研究特色：小车能够较精确地避开障碍物，电量不足时能报警，能显示当前车速。研究规模：两人成组，老师指导。提供作品的方式：具有避障功能的小车成品。第二、硬件制作。下面给出框图：避障小车的硬件分为五个部分，分别是单片机部分，避障部分，电机部分，电源部分和显示部分。其中单片机部分采用STC89C51单片机，避障部分采用红外脉冲避障，电机部分采用一个摇摆步进电机（42BYGH4604）和两个减速电机（GA12YA20）。其中摇摆步进电机用于避障模块的探头部分，避障模块的信息采集是通过步进电机的左右摇摆带动红外探头左右摇摆采集左右和前方的信息来实现的。减速电机用于后轮的驱动，每个轮子由一个电机驱动方面转向，另外每一个电机还需要一个电机驱动，其中减速电机用L298，步进电机用A3955SB。电源部分，采用四节1.5V的干电池。显示部分的主体是1602液晶显示屏。单片机电源避障模块电机显示避障流程：小车在自由前进的过程中，位于小车顶部的红外脉冲探头在步进电机的带动下左右摇摆，不断发出红外脉冲，当脉冲遇到障碍物后返回传给探头，探头将接受到的信号以电的方式传递给单片机，单片机判断障碍物是位于小车的左面，右面或者前面。如果在左面，单片机控制左侧减速电机做加速转动，右侧电机做减速转动，小车向右转，避开障碍物。同理障碍物在右边，小车则向左转。如果障碍物在前面，则统一规定小车向左转。车速检测和显示：车速的检测由安装到轮子上的红外线发射器和装在车生的红外接收器组成，每当车轮旋转一周红外发射器与接收器对光一次，据此可以测出车轮么转动一周所需时间，测出车轮周长，便可得每一只车轮的速度，中和两只车轮取平均便可求得小车的速度。在经单片机处理将测得的小车速度显示在显示屏上。另外，当单片机给电机向左转的指令的同时，液晶显示屏上显示指向左的箭头，同理显示向右，向上的箭头。小车自由前进检测到障碍物单片机处理电机动作三、本课题的学术思想、立论依据、主攻方向及预期社会、经济效益：学术思想：本次作品的核心部分是单片机的控制模块，由单片机在得到红外避障部分和测速部分的数据后给电机和显示屏相应指令，以达到避障和显示的目的。理论依据：利用红外脉冲可以探测到位于小车前方和左右的障碍物，将探测信息交与单片机处理，再由单片机指挥电机做出相应运动，则可以达到避开障碍物的目的。红外测速仪将测得数据交与单片机处理，单片机控制液晶显示屏显示方向和实时速度。主攻方向：通过对避障小车相关知识的学习和制作学习智能化机器的原理和制作并进行简单运用。为以后智能化仪器的学习和制作打下基础。社会、经济效益：随着对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，机器人自动避障功能的研发有了重大意义。自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。避障小车是智能仪器的例子。四、项目负责人基本情况学院、专业、年级姓名出生年月学历联系电话签名五、项目组成员基本情况学院、专业、年级姓名出生年月学历联系电话签名六、项目计划进度安排：3月——6月：学习相关知识。7月——8月：制作。9月——结题：调试及改进。七、经费预算：原件单价（元）原件单价（元）单片机5步进电机100红外避障传感器50减速电机（两只）40×2红外测速模块50小车配件80芯片（L298×2，A3955SB及单片机外围）100LCD160212其他80总计557八、指导老师基本情况姓名性别职称签名九、学院（直属系）审查意见（包括能否保证人力、物力、工作时间等基本条件并监督研究计划的实施）：学院（直属系）分管科研负责人：（盖章）年月日十、西华大学学生科技工作领导小组意见：年月日