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长春大学课程设计纸I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章绪论........................................................11.1智能小车的意义和作用........................................11.2智能小车技术发展现状及趋势..............................................................................2第2章总体方案设计................................................32.1设计任务及要求.............................................32.2总体设计及系统框图.........................................3第3章硬件电路设计................................................53.1主控电路模块设计...........................................53.2电机驱动模块设计...........................................63.3信号检测模块设计...........................................73.4稳压模块设计...............................................93.5蜂鸣器模块设计.............................................93.6LED显示模块设计..........................................103.7串口通信模块设计..........................................11第4章软件设计...................................................124.1主程序流程及流程图........................................124.2寻迹模块..................................................134.3避障模块..................................................14第5章焊接与调试.................................................175.1焊接设备..................................................175.2焊接操作..................................................175.3调试步骤..................................................175.4主要问题及解决方法........................................18第6章总结.......................................................19参考文献..........................................................20附录............................................................21长春大学课程设计纸共25页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论课题所设计的智能寻迹小车利用单片机为控制核心，通过传感器对路面黑色轨迹进行检测，并将路面检测信号通过电压比较器转换为能被单片机识别的数字信号。单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制直流电机不同的转动状态，通过小车的前进、后退、左转、右转以调整小车的转向，并通过发光二极管指示不同的运动状态。小车沿着既定轨道匀速行驶，若脱轨则蜂鸣器报警提示。1.1智能小车的意义和作用随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guidevehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展寻迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。长春大学课程设计纸共25页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2智能小车技术发展现状及趋势智能小车是轮式移动机器人研究领域的一项重要内容，涵盖了机械、汽车电子、电气、计算机、检测技术、模式识别与智能控制等多个学科。它是陆地自主行驶车辆(AutonomousGroundVehicle，AGV)的一种。AGV在社会生活的各个领域都有着非常广阔的应用前景。在西方发达国家，移动式自主服务机器人已广泛应用于医疗福利服务、商场超市服务、家庭服务等领域；AGV在军事领域也有着重要的应用价值，美国军方把部分机器人技术视为未来战斗系统(FutureCombatSystem)的重要组成部分。智能小车的实现主要是控制其移动速度和方向。由路径识别、电机驱动、车速检测、方向舵机控制、电源管理及控制策略等功能模块组分。在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机器人变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人，同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽，它已经从工业上的一些应用，扩展到了服务行业，扩展了它的作业空间，向海洋空间和服务医疗等等行业的使用。人工智能，它是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统的角度出发，人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。要准确地预测人工智能的未来是不可能的。但是，从目前的一些前瞻性研究可以看出未来人工智能可能会向以下几个方面发展:模糊处理、并行化、神经网络和机器情感。目前，人工智能的推理功能已获突破，学习及联想功能正在研究之中，下一步就是模仿人类右脑的模糊处理功能和整个大脑的并行化处理功能。人工神经网络是未来人工智能应用的新领域，未来智能计算机的构成，可能就是作为主机的冯·诺依曼型机与作为智能外围的人工神经网络的结合。研究表明:情感是智能的一部分，而不是与智能相分离的，因此人工智能领域的下一个突破可能在于赋予计算机情感能力。情感能力对于计算机与人的自然交往至关重要。人工智能一直处于计算机技术的前沿，人工智能研究的理论和发现在很大程度上将决定计算机技术的发展方向。今天，已经有很多人工智能研究的成果进入人们的日常生活。展望21世纪机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，所以很多专家预测，在21世纪的前20年是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等。长春大学课程设计纸共25页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第2章总体方案设计2.1设计任务及要求设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色轨迹行驶。系统工作流程图如下所示。图2-1系统工作流程图设计说明：（1）为了进行寻迹实验，需要铺设道路，铺设时，按以下要求进行铺设：一是道路采用宽黑胶布进行铺设，道路的宽度不得小于10cm；二是铺路一般铺设成环形状，这样小车运行时可绕圈行进。（2）铺设好地面后，将小车置于黑色道路的中间，打开电源开关，小车就可以沿着黑色路线行走了。（3）电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加的装置）的限制为：长度35cm，宽度15cm。（4）要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。2.2总体设计及系统框图寻迹小车由机械和电控系统两部分组成。机械载体采用一种简单的车模装置，采用左右两轮分别驱动，前轮采用万向轮的车体设计，电机采用直流减速电机;电控系统主要由电源供应模块、红外检测模块、信号判断模块、显示模块、电机驱动模块、蜂鸣器提示模块等六部分构成。各个模块之间的连接关系如图2-2所示。智能小车系统各个模块所实现的功能是：寻迹模块是用于探测黑线的有无，通过反射红外线的变化判断黑线的有无。电机驱动模块由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机工作，因此需要通过专业的电路进行驱动，本小车采用LG9110芯片驱动电机。单片机模块，根据使用的传感器和控制策略的不同，单片机的选择也不同。本设计主要采用STC89C52单片机。电源模块是采用双电源供电，将电机驱动电源与控制系统电源分开，以增加系统稳定性。蜂鸣器提示模块起到提示报警作用。显示模块是为了观察小车所走的路程和到达目的地所花费的时间。检测黑线软件控制驱动电机驱动电机长春大学课程设计纸共25页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2-2控制系统框图采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用。根据这些分析，我选定了STC89C52单片机作为本设计的主控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，