智能探路车系统的设计

天津冶金职业技术学院毕业设计一种智能探路车系统的设计系别_电子信息工程系____专业___电子信息工程技术___班级___09-1班____学生姓名____史秀杰_________指导老师________王盟__________2011年12月01日I摘要随着人工智能技术的不断成熟与发展，智能化设备得到了越来越广泛的应用，特别是在工业领域，智能化设备已经起到了主导性作用。论文主要设计一款智能探路车系统。该系统会使小车沿着特定的黑线循迹，利用搭建的智能探路小车进行循迹实验。设计主要采用AT89S52芯片，AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。只用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业8051产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多单片机控制应用系统提供高灵活、超级有效的解决方案。论文采用AT89S52单片机控制电机驱动模块，使得智能探路小车实现前进、后退以及左右转向，小车前轮使用的是万向轮，使得小车可以通过驱动后轮可以达到转向的功能。关键字：AT89S52，智能探路小车，电机驱动II目录摘要...................................................................I1绪论.................................................................12智能探路小车的介绍..................................................22.1智能探路小车的功能特点..........................................22.2带减速机构密闭齿轮箱直流电机....................................22.3万向轮..........................................................22.4电源部分........................................................22.5电源接口部分....................................................22.6电机接口........................................................22.6.1直流电机接口..............................................22.6.2恒速电机接口..............................................32.6.3步进电机接口..............................................32.7传感器..........................................................33方案设计............................................................43.1设计要求........................................................43.2硬件设计........................................................43.2.1电机选择..................................................43.2.2循迹设计..................................................43.3软件设计........................................................53.3.1软件设计方案..............................................53.3.2软件设计思路..............................................53.4应用软件........................................................54过程设计............................................................64.1设计目的........................................................64.2设计过程........................................................64.3流程图分析......................................................65总结................................................................95.1智能探路小车的应用..............................................9III5.1.1工业运输..................................................95.1.2农业灌溉..................................................95.2学习感触........................................................9致谢..................................................................1111绪论自第一台工业智能机器以来，智能的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来智能机器的水平不断提高，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，制造能替代人劳动的智能机器一直是人类的梦想。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经相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，及其视觉需要通过大量的运算也成为智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传感器是一种实用有效的方法。该智能探路小车可以作为智能机器的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU，智能探路小车要实现循迹功能，感知引导线，可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进线路。基于上述要求，传感器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。CPU使用AT89S52单片机，配合软件编程实现。22智能探路小车的介绍2.1智能探路小车的功能特点1)控制器采用主板+核心板架构。2)主板中间可搭载相配套的控制器模块。3)板上带有16个传感器接口，其中有8个接口可以兼容模拟信号的输入；另外还有四个直流减速电机接口；一个1602液晶屏接口；两个恒速电机接口；两个步进电机接口（预留）；两个RS232串口等。4)系统配套提供AT89S52核心板。也可以更换为ARM7核心板，AVR核心板。5)提供8.4V1500mAH镍氢电池组及电源充电器。2.2带减速机构密闭齿轮箱直流电机带减速机构密闭齿轮箱直流电机，DC9V输入，200转/分钟；直流电动机固定在标准L型支架上，安装有外径72mm的橡胶车轮。2.3万向轮标准万向轮，用于轮式移动智能机器小车支撑和随动，铁制材料表面镀锌处理，塑料轮体，顶盖安装孔的距离为53*36*24。2.4电源部分电源部分采用的是镍氢电池组，7节充电电池连接，最大输出电流为1A，为主板提供动力源。2.5电源接口部分用8.4V镍氢电池组为其供电，通过两片LM7805稳压芯片进行分频，分别有两种电压值输出为5V，12V。从而满足系统板供电要求。2.6电机接口2.6.1直流电机接口板载的四路直流电机接口，用于给小车提供足够的动力来源。采用两片L298N电机驱动芯片，其中每一片L298N均可驱动两路直流电机。L298N内部包含4通道路驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压3最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。2.6.2恒速电机接口板载两路恒速电机接口，可用于外接小型直流电机。2.6.3步进电机接口主板预留步进电机接口，可外接两路步进电机，用于完成控制步进电机的正转、反转、转动角度以及转动速度。2.7传感器传感器分为光电传感器和红外传感器。光电传感器是由一组红外发射和接收器组成，能用来检测物体表面的反射率，对不同颜色的表面进行检测，完成检测的功能。光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光速，发射的光速一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应有该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器如果收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。接近传感器的输出是0和1的高低电平变化，其接口方式为3P，在主板上或是传感器转接板上都有3P接口，使用其中任意一个接口都可。红外传感器，也就是远距离探测传感器，检测前方是否有物体，红外距离探测器探测距离10～50cm，标准3P接口，检测前方有物体时输出电平为0，无物体时输出电平为1。43方案设计3.1设计要求1.自动智能探路小车从安全区域启动。2.小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退等功能，在轨道上画出设定的地图。3.2硬件设计关于小车探索道路，我们设计了几套方案，其中包括小车采用直流电机还是步进电机，采用光电传感器还是红外传感器，这将对我们实验是否成功有很大的影响。3.2.1电机选择电机分为直流电机和步进电机。我们在实验中采用的是直流电机，由于直流电机只需通过控制PWM输出的形式，便可以控制电机的正转运行和反转运行，用延时便可以控制小车的转弯幅度大小；而步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数。相对而言，直流电机比较容易控制，所以我们采用的直流电机作为智能小车动力源。3.