电动智能小车论文

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）I摘要随着我国高科技水平的不断提高和工业自动化进程的不断推进，智能车被广泛应用于各种玩具和其他产品的设计中，极大地丰富了人们的生活。本文基于ATmega16单片机设计了一种智能循迹避障小车，由电源模块、红外传感器模块、电机驱动模块、调试模块和MCU模块组成。利用红外对管和超声波检测黑线与障碍物，当左边的红外对管检测到黑线时，小车往左边偏转，右边的红外对管检测到黑线时，小车往右边偏转。以ATmega16单片机为控制芯片控制电动小车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机控制。关键词：智能小车；单片机；自动循迹；避障青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）IIAbstractWiththeincreasinglevelsofhigh-techandindustrialautomationprocessprogresses,theintelligentvehicleiswidelyusedtoallkindsoftoysandanotherproduction’sdevise.Itisgreatlyenrichedthelifeofthepeople.BasedonATmega16microcontroller,thispaperisaboutadesignofintelligenttracking-avoidancecar,whichisconsistofthepowersupplymodule,infraredsensormodule,themotordrivemodule,debugmoduleandtheMCUmodules.Usinginfraredandultrasonictestingonthetubeblacklineandtheobstacle,whenleftonthetubedetectsinfraredblackline,thecardeflectedtotheleft,therightofinfraredtubeblacklineisdetected,thecartotherightdeflection.ATmega16microcontrollerforthecontrolchiptocontrolthespeedandsteeringelectriccar,enablingautomatictrackingavoidancefunction.WhichcarisdrivenbyL298Ndrivercircuitcompleted,thespeedcontrolledbytheMCU.Keywords：IntelligentVehicle;MCU;automatictracking;obstacleavoidance青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）-1-目录摘要..........................................错误!未定义书签。Abstract...........................................错误!未定义书签。1绪论............................................错误!未定义书签。1.1引言.........................................错误!未定义书签。1.2课题研究目的及意义...........................错误!未定义书签。1.3本文的主要工作...............................错误!未定义书签。2小车的总体方案设计...............................错误!未定义书签。2.1设计思路.....................................错误!未定义书签。2.2小车循迹避障传感器简介.......................错误!未定义书签。3小车的硬件电路设计...............................错误!未定义书签。3.1单片机的选型.................................错误!未定义书签。3.2微处理器模块电路.............................错误!未定义书签。4小车的软件设计...................................错误!未定义书签。4.1主程序设计及流程图...........................错误!未定义书签。4.2循迹子程序设计及流程图.......................错误!未定义书签。5制作安装及调试...................................错误!未定义书签。5.1硬件的测试...................................错误!未定义书签。5.2系统的软件调试...............................错误!未定义书签。结论..........................................错误!未定义书签。致谢..........................................错误!未定义书签。参考文献..........................................错误!未定义书签。附录..........................................错误!未定义书签。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）-2-1绪论1.1引言智能，在科技高速发展的今天，已成为一个引领时尚前沿的代名词，智能手机，智能机器人等等已经在工业，军事中得到广泛的作用，在不为人们所熟知的领域，如深海探测，航空航天，地质勘探，智能也发挥着举足轻重的作用[1]。智能车是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。整个系统设计集中运用了自动化控制、传感技术、导航、电子、电气、PC机、机械、人工智能等多个学科的知识[2]，是典型的高新技术综合体。以后智能机器人的应用领域会愈发广泛，如在航天航空技术、海洋能源开发技术、微电子技术、制造与维修技术、农业自动化、生物医学等领域会有很大的突破和进展。能自动识别道路并完成相关任务是对一类专业机器人的基本要求，本文主要研究的是以AtmelMega16芯片为核心控制核心的智能车。由电源模块、红外传感器模块、电机驱动模块、调试模块和MCU模块组成，主要通过红外对管及超声波收集的信息实现智能循迹与避障。1.2课题研究目的及意义自第一台工业机器人诞生[3]以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人工作的机器一直是人类的梦想。其中智能小车可以作为机器人的典型代表。其需要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，使用传感器感知路线并做出判断和相应的执行动作。智能小车设计与开发涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。它可以分为三大部分：传感器检测部分，执行部分，CPU.现代智能小车发展很快，从智能玩具到各行业都有实质成果，其基本可实现循迹、避障功能等基本功能。日本目前投入市场的不再是高性能的工业机器人，微型机器人汽车也正在逐步的进入市场。日前由日本科研人员研发的两款微型机器人汽车与大众见面，汽车内安装有最尖端的视觉识别系统，通过内部的摄像头与传感器能够使小车自动识别障碍物，从而避免碰撞，并判断小车与障碍物之间的距离。目前研究人员已青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）-3-经将小车的这种自动识别系统应用到汽车工业领域去，这将为陷入低靡的汽车行业注入新的活力[4]。随着计算机、自动控制、微电子技术、人工智能、虚拟现实、微纳米技术仿生学、材料等相关学科领域的发展，避障循迹小车可以通过自动感知引导线以及躲避障碍物在工作中取代人力运输，节省人力以及成本。智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。此类机器人以后对我们的研究和生活定会发挥至关重要的作用，在以后对车辆的自动驾驶，飞船的自动航行模式及深海自动探测有很大的研究价值。1.3本文的主要工作本文研究的是小车的避障及循迹，主要包括以下2个部分：(1)以Mega16单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为CPU、电源模块、循迹模块、避障模块、显示模块、外围辅助模块六部分。(2)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、信息采集子程序、信息分析及处理子程序、运动控制子程序、工作状态显示子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）-4-2小车的总体方案设计2.1设计思路本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路经，然后由Mega16通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。2.1.1小车循迹避障的结构本文所述小车采用RP5大功率坦克车体，它采用带电感的大扭力280马达，组合斜齿+金属齿，形成大扭力、低噪音底盘系统，具有动力性能强、底盘稳定性高、可原地转圈、转弯灵活等特点。负载能力至少3KG以上。可以越障碍物，适合比较高要求的场合。因此可模拟家庭及工业等场合的一些环境。小车系统结构框图如图2-1所示，系统以Mega16单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、路线检测、障碍检测、按键输入、信号显示和小车姿态控制等功能。循迹采用单片机查询脉冲调制的反射式红外发射接收器返回的信号以获取道路信息，避障则有中断和查询协同完成，并用发光二极管显示障碍信息及小车运行状态。系统采用高性能的单片机，要求工作稳定、处理速度快、通用性强，保证小车循迹避障的稳定性及可靠性，而且成本低。LM339比较器电路循迹传感器单片机电源模块避障模块驱动模块直流电机显示模块LM358比较器电路图2-1循迹避障小车结构框图青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）-5-2.1.1.1处理器部分设计思路微处理器是小车的核心部分，主要完成对外围各个模块的管理，实现对外围模块的信号发送，以及对传感器模块的信号采集，并根据软件算法对所采集的信号进行处理，发送信号给执行模块进行任务执行，还对各种突发事件进行监控和处理，保证整个系统的正常运作。这里采用AtmelMega16单片机，该单片机是高性能、低电压的8位AVR单片机，内含16K字节的系统内可编程Flash和512字节的EEPROM，另外有两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器和一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，32个可编程的I/O口[5]。2.1.1.2小车循迹避障部分设计思路小车循迹避障部分是能够采集周围环境障碍物的信息，并返回至单片机进行处理，其组成部分包括：环境信息采集电路、放大电路、单片机控制电路。路线采集电路一般有脉冲调制的反射式红外发射接收器和信号放大器组成，脉冲调制的反射式红外发射接收器根据不同颜色对光的反射程度不同，将路线信息送至放大器，放大器可作为比较器可作简单的滤波，放大器将从脉冲调制的反射式红外发射接收器返回的信号转化为单片机可识别的电平信号后送入单片机。Mega16单片机可根据接收的信息判断路线的信息，实现对左右两侧直流电机工作状态的控制，以实现左右转向，最终实现循迹功能。避障部分则有超声波模块和两路脉冲调制的反射式红外发射接收器。超声波可实现测距，利用超声波返回的信号变化使单片机产生中断，实现障碍的判断，当距离大与某个值时可继续前进，当距离小雨某个值时则单片机进