基于51單片機(jī)的智能循跡避障小車C源程序行業(yè)二類

項(xiàng)目名稱：智能小車系別： 信息工程系專業(yè)：11電氣工程及其自動(dòng)化姓名：劉亮、崔占闖、韓康指導(dǎo)老師： 王蕾崔占闖聯(lián)系郵箱：1308253761目錄摘要：.3關(guān)鍵詞：.3緒論：.3一、 系統(tǒng)設(shè)計(jì).41.1、任務(wù)及要求.41.2車體方案認(rèn)證與選擇.4二、硬件設(shè)計(jì)及說明.52.1循跡+避障模塊.52.2主控模塊.62.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.62.4機(jī)械模塊.72.5 電源模塊.7三、自動(dòng)循跡避障小車總體設(shè)計(jì).7四、軟件設(shè)計(jì)及說明.84.1系統(tǒng)軟件流程圖.94.2系統(tǒng)程序.9五、系統(tǒng)測(cè)試過程.12六、總結(jié).13七、附錄：系統(tǒng)元器件.13摘要本設(shè)計(jì)主要有三個(gè)模塊包括信號(hào)檢測(cè)模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。信號(hào)檢測(cè)模塊采用紅外光對(duì)管，用以對(duì)有無(wú)障礙與黑線進(jìn)行檢測(cè)。主控電路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52單片機(jī)為控制芯片。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用意法半導(dǎo)體的L298N專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，單片控制與傳統(tǒng)分立元件電路相比，使整個(gè)系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性。信號(hào)檢測(cè)模塊將采集到的路況信號(hào)傳入STC89C52單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理過后對(duì)L298N發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。通過有無(wú)光線接收來控制電動(dòng)小車的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡避障的功能。關(guān)鍵詞：智能循跡避障小車，STC89C52單片機(jī)，L298N驅(qū)動(dòng)芯片，信號(hào)檢測(cè)模塊，循跡避障緒論（一）智能小車的作用和意義自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航一種實(shí)用有效的方法。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引循跡功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、cpu、執(zhí)行部分。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡避障功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外光電傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)模饕刂菩≤嚨男羞M(jìn)方向。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。（二）智能小車的現(xiàn)狀現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測(cè)貼片、尋光入庫(kù)、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡避障這兩個(gè)功能一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)本組智能小車的硬件主要有以STC89C52單片機(jī)作為核心的主控器部分、自動(dòng)循跡+避障部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和其他部分由一個(gè)電源通過串聯(lián)供電。小車硬件系統(tǒng)示意圖如下：自動(dòng)循跡+避障模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊STC89C52單片機(jī)電源5V供電途徑功能控制1.1、任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于直流電機(jī)的自動(dòng)循跡避障小車，使小車能夠自動(dòng)檢測(cè)地面黑色軌跡和道路兩側(cè)的擋板（沒有黑線時(shí)），并沿著黑色軌跡和擋板行駛。檢測(cè)（黑線）驅(qū)動(dòng)電機(jī)軟件控制控制小車1.2、車體方案認(rèn)證與選擇方案一：自己動(dòng)手制作電動(dòng)車，一方面材料缺少，另一方面制作過程要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且同學(xué)中手藝也不好，制作出來的小車還可能機(jī)械性能不好?？紤]到時(shí)間與性能這兩方面，我們放棄了這一方案方案二：購(gòu)買小車全套零件，購(gòu)買的小車全套零件具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。易改裝，好控制。機(jī)械性能有保障。小車圖片如下：綜合考慮，最終選擇方案二二、硬件設(shè)計(jì)及說明2.1循跡+避障模塊我們選擇四路紅外探測(cè) 尋跡光電傳感器此模塊是為智能小車、機(jī)器人等自動(dòng)化機(jī)械裝置提供一種多用途的紅外線探測(cè)系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭，并使用LM339 電壓比較器（加入了遲滯電路更加穩(wěn)定）做為核心器件構(gòu)成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測(cè)功能能極大的滿足各種自動(dòng)化、智能化的小型系統(tǒng)的應(yīng)用。此模塊的特點(diǎn)：易于安裝，使用簡(jiǎn)便； 4 路分別獨(dú)立工作，工作時(shí)不受數(shù)量限制； 中控板與探頭分開，安裝位置不受限制； 模塊高度10 毫米；安全工作電壓范圍在 3伏特至 6 伏特之間； 4 路全開工作電流 30 毫安至 55 毫安之間。2.2主控模塊我們采用宏晶公司的STC89C52單片機(jī)作為主控制器。STC89C52是一個(gè)高速，低功耗，超強(qiáng)抗干擾的8位單片機(jī)，片內(nèi)含32k 空間的可反復(fù)擦寫100,000 次Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有4K 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32 個(gè)I/O口，2個(gè)8位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，且可在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。時(shí)鐘電路和復(fù)位電路（與單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)）1）采用外部時(shí)鐘，晶振頻率為12MHZ2）采用按鍵復(fù)位2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)電機(jī)采用直流減速電機(jī)，直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力?？蛇x用減速比為1：74 的直流電機(jī)，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min。若車輪直徑為6cm，則小車的最大速度可以達(dá)到V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，其響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。以下為L(zhǎng)298N的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。 圖L298N外部引腳 表1 L298N輸入輸出關(guān)系驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖2 所示：圖2 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L298N 的5、7、10、12 四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過對(duì)單片機(jī)的編程就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的PWM調(diào)速控制。2.4電源模塊采用4節(jié)普通1.5V干電池單電源供電，采用串聯(lián)方式同時(shí)給單片機(jī)與電機(jī)供電。三、自動(dòng)循跡避障小車總體設(shè)計(jì)31 總體電路圖四、軟件設(shè)計(jì)及說明4.1系統(tǒng)軟件流程圖 開始前進(jìn)否否掃描I/O口，是否檢測(cè)到黑線掃描I/O口，是否檢測(cè)到障礙是是左/右檢測(cè)到黑線左/右檢測(cè)到障礙右/左行進(jìn)左/右行進(jìn)4.2循跡避障程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char zkb1=0 ; /*左邊電機(jī)的占空比*/unsigned char zkb2=0 ; /*右邊電機(jī)的占空比*/unsigned char t=0; /*定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)器*/sbit LSEN2=P20;sbit LSEN1=P21;sbit RSEN1=P22;sbit RSEN2=P23; /*傳感器*/sbit IN1=P10;sbit IN2=P11;sbit IN3=P12;sbit IN4=P13;sbit ENA=P14;sbit ENB=P15; /*初始化定時(shí)器中斷*/void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; /*中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制*/ void timer0() interrupt 1 if(t<zkb1) ENA=1; else ENA=0; if(t<zkb2) ENB=1; else ENB=0; t+; if(t>=50) t=0; /*直行*/ void qianjin() zkb1=50; zkb2=50; /*左轉(zhuǎn)函數(shù)1*/ void turn_left1() zkb1=0; zkb2=50; /*左轉(zhuǎn)函數(shù)2*/ void turn_left2() zkb1=0; zkb2=50; /*右轉(zhuǎn)函數(shù)1*/ void turn_right1() zkb1=50; zkb2=0; /*右轉(zhuǎn)函數(shù)2*/ void turn_right2() zkb1=50; zkb2=0; /*循跡函數(shù)*/ void xunji() uchar flag; if(RSEN2=1)&&(RSEN1=0)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=1) flag=0; /*直行*/ else if(RSEN2=1)&&(RSEN1=1)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=1) flag=1; /*左偏1,右轉(zhuǎn)*/ else if(RSEN2=1)&&(RSEN1=0)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=2; /*右偏1,左轉(zhuǎn)*/ else if(RSEN2=0)&&(RSEN1=0)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=1) flag=3; /*右偏2,左轉(zhuǎn)*/ else if(RSEN2=1)&&(RSEN1=0)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=0) flag=4; /*左偏2,右轉(zhuǎn)*/switch (flag) case 0:qianjin(); break;case 1:turn_right1(); break;case 2:turn_left1(); break;case 3:turn_left2(); break;case 4:turn_right2(); break;default: break; /*主程序*/ void main() init(); zkb1=50; zkb2=50; while(1) /*給電機(jī)加電啟動(dòng)*/ IN1=1; IN2=0; IN3=1; IN4=0; ENA=1; ENB=1; while(1) xunji(); /*尋跡*/ 五、系統(tǒng)測(cè)試過程本小車能實(shí)現(xiàn)循跡避障功能，它能沿著地面上黑色軌跡行駛實(shí)現(xiàn)循跡功能，也能檢測(cè)到跑道兩側(cè)的擋板，沿?fù)醢逍旭倢?shí)現(xiàn)避障功能。尋跡避障小車軌跡圖介紹：軌道由循跡部分（黑線）和避障部分（道路兩側(cè)加擋板）兩部分組成，小車先進(jìn)入循跡軌道，沿黑線行駛，到達(dá)兩部分連接處進(jìn)入避障軌道沿?fù)醢逍旭偅瑥亩鴮?shí)現(xiàn)尋跡和避障功能的展示。軌道示意圖如下：為保證小車能正常行駛，循跡部分的黑線寬度應(yīng)在3.5至4cm。避障軌道的寬度應(yīng)大于20cm小于25cm。六、總結(jié)測(cè)試結(jié)果表明：本組智能小車能很好的完成了循跡和避障功能，循跡跑道是由黑色膠布在白色地面上拉線完成，小車可以從O型跑道的任何段為起點(diǎn)，跑完全程。避障跑到是通過擺放障礙物，小車可以走出障礙區(qū)間。七、附錄：系統(tǒng)元器件L298N模塊/步進(jìn)電機(jī)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊/小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊/輸出5V四路紅外探測(cè) 尋跡光電傳感器 尋跡小車 循跡避障模塊 黑白線識(shí)別51單片機(jī)最小系統(tǒng)板/USB下載程序/51單片機(jī)開發(fā)板智能小車底盤/尋跡小車/機(jī)器人/帶碼盤/強(qiáng)磁電機(jī)/ZK-2WD四節(jié)五號(hào)電池板組 附帶四節(jié)五號(hào)干電池導(dǎo)線若干14文書#借鑒