智能循迹避障声控小车设计

江西理工大学应用科学学院——智能小车1智能小车摘要系统主要由红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块组成。采用P89V51单片机作为智能小车控制核心。系统能实现对线路进行寻迹，小车可以前进或后退，遇到障碍物可以自行停止并可以实现反向运行，系统可以利用声音控制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高，人机互动性好。关键词：P89V51单片机；红外避障；线路寻迹；直流减速电机ABSTRACTSystemismainlybyinfraredobstacleavoidancemodule,voicemodule,opto-electronicsandmotordrivetracingmodule.Usedasasingle-chipsmartcarP89V51controlcore.Systemcanrealizethetracinglines,carscangoforwardorbackward,encounteredobstaclescanstopandreverseoperationcanbeachieved,thesystemcanusevoicetocontrolthestartandstopcar.Compacttheentiresystemtocontroltheaccurate,cost-effective,goodhuman-computerinteraction.KEYWORD:P89V51MCU;Infraredobstacleavoidance；Tracing；DCmotorspeed江西理工大学应用科学学院——智能小车II目录1系统设计..........................................................................................................................11.1设计要求.............................................................................................................11.1.1基本要求....................................................................................................11.1.2扩展部分....................................................................................................11.2总体设计方案.....................................................................................................11.2.1基本模块设计方案论证与比较................................................................11.2.2系统总体设计方案....................................................................................52单元硬件电路设计..........................................................................................................62.1光电对管寻迹模块...............................................................................................62.2电机驱动电路的设计............................................................................................62.3红外避障模块.........................................................................................................72.4单片机P89V51核心模块....................................................................................82.5声控电路...............................................................................................................82.6语音播报模块.......................................................................................................93系统软件设计................................................................................................................103.1主程序流程图................................................................................................103.2传感器数据处理及寻迹程序流程......................................................................114系统测试........................................................................................................................124.1硬件测试.............................................................................................................124.2硬件与软件的联机测试.....................................................................................125测试数据及实验结果....................................................................................................13参考文献............................................................................................................................14江西理工大学应用科学学院——智能小车11系统设计1.1设计要求1.1.1基本要求1、小车可以自动寻迹在设计好的线路上向前或向后跑。2、拍手的声音可以启动、停止小车运动。3、线路两端有挡板，当小车向一个方向运行到挡板位置停止，然后向反方向续运行至挡板位置，如此重复。4、小车由电池供电，电池采用1200mah容量，小车运行时间需要持续24小时以上。5、小车运动速度要控制在0.1m/S以上。1.1.2扩展部分1、能实现语音播报前后方有障碍物；1.2总体设计方案1.2.1基本模块设计方案论证与比较（1）车体设计方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不菲。因此我们放弃了此方案。方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。江西理工大学应用科学学院——智能小车2在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。(2)电机的选择对于智能小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本题目要实现对寻迹路线的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力，价格比步进电机要便宜好多。我们所选用的直流电机减速比为1：74，减速后电机的转速为100r/min。我们的车轮直径为6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到V=2πr·v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s，达到设计要求。能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。(3)电机驱动模块由于电动车采用了前面使用万向轮，两个后轮各一个电机驱动的驱动方式，所以可使电动车旋转360度，这样即使前后方都碰到障碍物的时候，电动车也可以通过在原地不断旋转的方式找到避免撞击障碍物的线路。在电动机的控制上有两种方案可供选择。方案1:利用9012、2SC8050、及电机构成驱动电路。如果单片机89C51控制口输出高电平，9012截止，2SC8050截止，电机停止运转。单片机89C52控制口输出低电平时，9012导通，2SC8050导通，电机开始运转。该电路比较简单，输出功率足够大，足以推动电机工作，并且电机工作时三极管性能非常稳定。但该方案中单片机部分和电机供电部分没有完全隔离，而电动机在切换时会产生巨大的反电动势，经常烧坏单片机，功耗很大。方案2：利用LM298及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机控制口接江西理工大学应用科学学院——智能小车3LM298的两个输入控制端IN1,IN2。L298的两个输出端OUT1(2),OUT2(10)接电机。电机转动状态编码：左电机右电机左电机右电机电动车运行状态1IN11IN22IN12IN21010正转正转前行1001正转反转左转1000正转停以左电机为中心原地左转0110反转正转右转0010停正转以右电机为中心原地右转0101反转反转后退1111杀停杀停立刻停止根据上表可知，只要设定两块L298的1IN1,1IN2,2IN1,2IN