智能循迹小车---设计报告

《避障机器人》设计开放实验性实验报告专业：智能科学与技术姓名：指导老师：时间：1目录1、总体概述1.1摘要.................................................................................................21.2引言................................................................................................31.3实验目的........................................................................................41.4设计方案........................................................................................41.5工作原理........................................................................................52、硬件电路设计2.1单片机最小系统...........................................................................62.2电源电路设计...............................................................................62.3传感器电路...................................................................................72.4电机驱动电路...............................................................................72.5数码管显示电路...........................................................................92.6蜂鸣器发生电路...........................................................................102.7最终实物图...................................................................................103、软件系统的实现3.1整体设计框图..............................................................................123.2避障机器人代码..........................................................................124、结论....................................................................................................1621、总体概述1、摘要本课题是基于STC89C52单片机的智能机器人的设计与实现，机器人完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶，并能达到避障功能以及遇见障碍物是能够做出相应的反映功能，机器人系统以STC89S52单片机为系统控制处器；采用红外传感获取跑道的信息，来对机器人的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现机器人在运行过程中的各项功能。2、引言当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”3这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABUROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能机器人的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易机器人，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹机器人”一题作为尝试。此项设计是在以实验室提供的机器人为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。3、实验目的通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。熟悉各元器件的结构与性能，进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。最终能够将不同的部件构成一个可以自主识别路线轨迹的智能机器人。4、设计方案4该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断机器人当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对机器人姿态的控制并完成轨迹路线，其中也利用STC89C52芯片对机器人在运行过程中的各个模块进行控制，如避障.计时.蜂鸣等。5、工作原理利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹将轨迹信息送到单片机单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分最终完成智能机器人可以按照路面上的轨迹运行。2、硬件电路总体设计1：单片机最小系统：机器人采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下：1、时钟电路：给单片机提供一个外接的16MHz的石英晶振。2、电源电路：给单片机提供5V电源。3、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。5图1单片机最小系统原理图2：电源电路设计模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用6V电源。考虑到电源为充电电池组，额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为6.5-6.8V，所以单片机及传感器模块采用7805稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。3：传感器电路：光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。6图2赛道检测原理图：4：电机驱动电路：电机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。L298N的逻辑功能：表1SHARPGP2D12实物图外形及封装：7L298N实物图由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。L298控制电机部分5：数码管计时电路8数码管控制部分电路6：蜂鸣器发生电路这张图片上，三极管主要是做驱动用的。因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。蜂鸣器电路图7：最终实物图我们选用实验室车模作为载体，加上自己焊接的51最小系统模块，驱动模块，st188传感器模块等组成这个避障机器人。图片如下图所示：9避障机器人实物图3、软件系统的实现1、机器人循迹规则：10若机器人偏左的时候，车轮将向右偏转；若机器人偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，机器人将继续向前；若机器人完全偏离黑色轨迹，机器人后退以寻找黑色轨迹。2、软件设计框图循环检测有无黑线？有无障碍？继续向前走停止计数器加1蜂鸣器工作小车反向有无障碍？左侧检测到黑线开始向左拐NYYNNYY向右拐3、机器人程序：1.单片机控制程序：#includereg52.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineW60sbitq=P2^4;sbitp=P2^3;sbitIN1=P1^1;sbitIN2=P1^2;sbitIN3=P1^3;11sbitIN4=P1^4;sbitENB=P1^5;//控制右轮sbitENA=P1^6;//控制左轮sbitLchuan=P2^0;sbitMchuan=P2^2;sbitRchuan=P2^1;ucharnum,i;//延时函数voidDelayMS(intz){chari,j;for(i=z;i0;i--)for(j=110;j0;j--);}//速度函数voidspeed(uintM,uintN)//速度调节子函数，{//15ms脉冲的参数，if(numM){//17ms的脉冲参数，13为ENA=1;num++;}//13ms的脉冲参数。if(M=num&&num100){ENA=0;num++;}if(numN){ENB=1;num++;}if(N=num&&num100){ENB=0;num++;}if(num==100)12num=0;}//检测黑线voidsearch(){if(Mchuan==1){while(1){ENA=1;//控制左轮ENB=1;IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;/*for(i=0;i10;i++){if(i4)ENB=1;elseENB=0;}*/speed(5,5);if(Rchuan==1&&Lchuan==0)break;}}else{if(q==0){p=1;while(1){ENA=1;//控制左轮ENB=1;IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;for(i=0;i10;i++){if(i6)ENA=1;elseENA=0;}13for(i=0;i10;i++){if(i6)ENB=1;elseENB=0;}spe