基于51單片機(jī)的智能循跡避障小車+C源程序

1、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) .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

2、.。.。.。.。.。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 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。

3、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) 。.。.。.。.

4、。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。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。通過有無光線接收來控制電動(dòng)小車的轉(zhuǎn)向，從而

5、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

6、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)

7、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?，傳感檢測(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

8、片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大.考慮到實(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

9、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

10、：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

11、 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

12、速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。可選用減速比為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=2r·v=23。140。03100/60=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)

13、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.hdefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intunsigned char zkb1=0 ； /*左邊電機(jī)的占空比/unsigned c

14、har 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=（65536100）/256; TL0=（65536100）256； EA=1； ET0=1; TR0=1； /*中斷函

15、數(shù)+脈寬調(diào)制*/ void timer0(） interrupt 1 if(tzkb1) ENA=1； else ENA=0； if(tzkb2) 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*/

16、 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）（LSE

17、N1=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(）

18、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