智能循跡小車---設(shè)計(jì)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 避障機(jī)器人設(shè)計(jì) 開放實(shí)驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告專 業(yè)： 智能科學(xué)與技術(shù)姓 名： 指導(dǎo)老師： 時(shí)間：目 錄1、總體概述 1.1摘要.2 1.2引言.3 1.3實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4 1.4設(shè)計(jì)方案.4 1.5工作原理.52、硬件電路設(shè)計(jì) 2.1單片機(jī)最小系統(tǒng).6 2.2電源電路設(shè)計(jì).62.3傳感器電路.72.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路.7 2.5數(shù)碼管顯示電路.92.6蜂鳴器發(fā)生電路.102.7最終實(shí)物圖.103、軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3.1整體設(shè)計(jì)框圖.123.2避障機(jī)器人代碼.124、 結(jié)論.161、總體概述1、摘要 本課題是基于STC89C52單片機(jī)的智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人完成的主要功能是能夠自

2、主識(shí)別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛，并能達(dá)到避障功能以及遇見障礙物是能夠做出相應(yīng)的反映功能，機(jī)器人系統(tǒng)以 STC89S52 單片機(jī)為系統(tǒng)控制處器；采用紅外傳感獲取跑道的信息，來(lái)對(duì)機(jī)器人的方向和速度進(jìn)行控制。此外，對(duì)整個(gè)控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和程序的編制以及程序的調(diào)試，并最終完成軟件和硬件的融合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)功能。2、引 言當(dāng)今世界，傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)正在飛速發(fā)展，機(jī)械、電氣和電子信息已經(jīng)不再明顯分家，自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域中的地位已經(jīng)越來(lái)越重要，“智能”這個(gè)詞也已經(jīng)成為了熱門詞匯?，F(xiàn)在國(guó)外的自動(dòng)控制和傳感器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，特別是日本，比如日本本田制作的機(jī)

3、器人，其仿人雙足行走已經(jīng)做得十分逼真，而且具有一定的學(xué)習(xí)能力，還據(jù)說(shuō)其智商已達(dá)到6歲兒童的水平。作為機(jī)械行業(yè)的代表產(chǎn)品汽車，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是電子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價(jià)值量比例逐步提高，汽車將由以機(jī)械產(chǎn)品為主向高級(jí)的機(jī)電一體化方向發(fā)展，汽車電子產(chǎn)業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)；二是汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時(shí)能具有交通、娛樂(lè)、辦公和通訊等多種功能。無(wú)容置疑，機(jī)電一體化人才的培養(yǎng)不論是在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，都開始重視起來(lái)，主要表現(xiàn)在大學(xué)生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞

4、洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機(jī)器人大賽（ABU ROBCON）、全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽等眾多重要競(jìng)賽都能很好的培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)于機(jī)電一體化的興趣與強(qiáng)化機(jī)電一體化的相關(guān)知識(shí)。但很現(xiàn)實(shí)的狀況是，國(guó)內(nèi)不論是在機(jī)械還是電氣領(lǐng)域，與國(guó)外的差距還是很明顯的，所以作為機(jī)電一體化學(xué)生，必須加倍努力，為逐步趕上國(guó)外先進(jìn)水平并超過(guò)之而努力。為了適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡(jiǎn)易智能機(jī)器人的構(gòu)想，目的在于：通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡(jiǎn)單智能化的簡(jiǎn)易機(jī)器人，獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。所以立“智能循跡機(jī)器人”一題作為嘗試。此項(xiàng)設(shè)計(jì)是在以實(shí)驗(yàn)室提供的機(jī)器人為

5、基礎(chǔ)上，采用AT89C52單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)能夠自主識(shí)別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。3、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握單片機(jī)的應(yīng)用，特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。熟悉各元器件的結(jié)構(gòu)與性能，進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍電路，并使之與單片機(jī)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。最終能夠?qū)⒉煌牟考?gòu)成一個(gè)可以自主識(shí)別路線軌跡的智能機(jī)器人。4、設(shè)計(jì)方案 該智能車采用紅外傳感器對(duì)賽道進(jìn)行道路檢測(cè)，單片機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)的不同狀態(tài)判斷機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N發(fā)出控制命令，控制電機(jī)的工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人姿態(tài)的控制并完成軌跡路線，其中也利用STC89C52芯片

6、對(duì)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)模塊進(jìn)行控制，如避障.計(jì)時(shí).蜂鳴等。 5、工作原理Ø 利用紅外采集模塊中的紅外發(fā)射接收對(duì)管檢測(cè)路面上的軌跡Ø 將軌跡信息送到單片機(jī)Ø 單片機(jī)采用模糊推理求出轉(zhuǎn)向的角度和行走速度，然后去控制行走部分Ø 最終完成智能機(jī)器人可以按照路面上的軌跡運(yùn)行。 2、硬件電路總體設(shè)計(jì)1：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)：機(jī)器人采用atmel公司的AT89C52單片機(jī)作為控制芯片，圖1是其最小系統(tǒng)電路。主要包括：時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個(gè)部分的功能如下：1、時(shí)鐘電路：給單片機(jī)提供一個(gè)外接的16MHz的石英晶振。2、電源電路：給單片機(jī)提供5V電源。3、復(fù)位

7、電路：在電壓達(dá)到正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖2：電源電路設(shè)計(jì)模型車通過(guò)自身系統(tǒng)，采集賽道信息，獲取自身速度信息，加以處理，由芯片給出指令控制其前進(jìn)轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，各部分都需要由電路支持，電源管理尤為重要。在本設(shè)計(jì)中，51單片機(jī)使用5V電源，電機(jī)及舵機(jī)使用6V電源。考慮到電源為充電電池組，額定電壓為7.2V，實(shí)際充滿電后電壓則為6.5-6.8V，所以單片機(jī)及傳感器模塊采用7805穩(wěn)壓后的5V電源供電，舵機(jī)及電機(jī)直接由電池供電。3：傳感器電路：光電尋線方案一般由多對(duì)紅外收發(fā)管組成，通過(guò)檢測(cè)接收到的反射光強(qiáng)，判斷黑白線。原理圖由紅外對(duì)管和電壓比較器兩部分組成，紅外對(duì)管輸出的模

8、擬電壓通過(guò)電壓比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平輸出到單片機(jī)。 圖2 賽道檢測(cè)原理圖：4：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。也利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)接到E

9、NA，ENB端子，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。L298N的邏輯功能：表1 SHARP GP2D12實(shí)物圖外形及封裝： L298N實(shí)物圖 由于一片L298N可以直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，但是為了加大驅(qū)動(dòng)力，我們采用兩路并聯(lián)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 L298控制電機(jī)部分5：數(shù)碼管計(jì)時(shí)電路 數(shù)碼管控制部分電路6：蜂鳴器發(fā)生電路這張圖片上，三極管主要是做驅(qū)動(dòng)用的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO口驅(qū)動(dòng)能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音，要是輸出高電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過(guò)蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管截止，沒(méi)有電流流過(guò)蜂鳴器，所以就不會(huì)發(fā)出聲音。蜂鳴器電路圖7：最終實(shí)

10、物圖 我們選用實(shí)驗(yàn)室車模作為載體，加上自己焊接的51最小系統(tǒng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，st188傳感器模塊等組成這個(gè)避障機(jī)器人。圖片如下圖所示： 避障機(jī)器人實(shí)物圖 3、軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)1、機(jī)器人循跡規(guī)則：若機(jī)器人偏左的時(shí)候，車輪將向右偏轉(zhuǎn)；若機(jī)器人偏右，車輪將向左偏轉(zhuǎn)；若沒(méi)有偏移，機(jī)器人將繼續(xù)向前；若機(jī)器人完全偏離黑色軌跡，機(jī)器人后退以尋找黑色軌跡。2、軟件設(shè)計(jì)框圖3、機(jī)器人程序：1.單片機(jī)控制程序：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define W 60sbit q = P24;sbi

11、t p=P23;sbit IN1 = P11;sbit IN2 = P12;sbit IN3 = P13; sbit IN4 = P14;sbit ENB = P15; /控制右輪sbit ENA = P16; /控制左輪sbit Lchuan = P20;sbit Mchuan=P22;sbit Rchuan = P21;uchar num ,i;/延時(shí)函數(shù) void DelayMS(int z) char i,j; for (i=z;i>0;i-) for (j=110;j>0;j-); /速度函數(shù)void speed(uint M,uint N) /速度調(diào)節(jié)子函數(shù)， /15m

12、s脈沖的參數(shù)， if(num<M) /17ms的脈沖參數(shù)，13為 ENA = 1; num+; /13ms的脈沖參數(shù)。 if(M<=num&&num<100) ENA = 0; num+; if(num<N) ENB = 1; num+; if(N<=num&&num<100) ENB = 0; num+; if (num = 100) num = 0;/檢測(cè)黑線void search() if(Mchuan=1) while (1) ENA = 1; /控制左輪 ENB = 1; IN1 = 0; IN2 = 1; IN3

13、= 1; IN4 = 0; /*for(i=0;i<10;i+) if(i<4)ENB=1;else ENB=0; */ speed(5,5); if(Rchuan = 1&& Lchuan = 0) break; else if (q =0) p=1; while (1) ENA = 1; /控制左輪 ENB = 1; IN1 = 0; IN2 = 1; IN3 = 1; IN4 = 0; for(i=0;i<10;i+) if(i<6)ENA=1;else ENA=0;for(i=0;i<10;i+) if(i<6)ENB=1;else

14、ENB=0; speed(8,10); if(Rchuan = 1&& Lchuan = 0) break; else if (Rchuan = 1 && Lchuan = 0)/右傳感器檢測(cè)到黑線 speed(W,0); /右轉(zhuǎn) if (Rchuan = 1 && Lchuan = 1)/右傳感器檢測(cè)到黑線 speed(W,0); /右轉(zhuǎn) if (Rchuan = 0 && Lchuan = 1) /左傳感器檢測(cè)到黑線 speed(0,W); /左轉(zhuǎn) if (Rchuan = 0 && Lchuan = 0) /

15、沒(méi)檢測(cè)到黑線 speed(W,W); /前進(jìn) /主函數(shù)void main() /Init(); while (1) IN1 = 0;IN2 = 1;IN3 = 0;IN4 = 1; search();DelayMS(10); 2.單片機(jī)控制數(shù)碼管程序：#include "reg52.h"/變量定義:unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/表：共陽(yáng)數(shù)碼管 0-9 /引腳定義:sbit SMG_s = P20;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（十位）sbit SMG_g = P21;/定

16、義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（個(gè)位）/函數(shù)聲明:void display(unsigned char da);/定義顯示函數(shù)，參數(shù)為顯示內(nèi)容，只顯示/兩位數(shù)void delay(void); /主函數(shù)，C語(yǔ)言的入口函數(shù):void main(void) unsigned char i=0;/作為查表的索引號(hào)unsigned char ldata;/變量用作099計(jì)數(shù)unsigned int j;/此變量作為計(jì)數(shù)跳變刷新時(shí)間while(1)j=6000;while(j-)display(ldata);/刷新5000次，約1秒，注：在C語(yǔ)言里是沒(méi)/有周期可計(jì)算的哦if(ldata<99)ldata+;/

17、刷新完成約1秒，變量做加計(jì)數(shù)elseldata=0;/顯示函數(shù)，參數(shù)為顯示內(nèi)容，只顯示兩位數(shù)void display(unsigned char da)SMG_s=0;/選擇十位數(shù)碼管P0=tableda/10;/獲取十位值，查表輸出定義好的數(shù)碼管段值與P0口，/顯示相應(yīng)的0-9delay();/延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SMG_s=1;/關(guān)閉十位數(shù)碼管SMG_g=0;/選擇個(gè)位數(shù)碼管P0=tableda%10;/獲取個(gè)位值，查表輸出定義好的數(shù)碼管段值與P0口，/顯示相應(yīng)的0-9delay();/延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SM

18、G_g=1;/關(guān)閉個(gè)位數(shù)碼管/延時(shí)子函數(shù),短暫延時(shí)void delay(void)unsigned char i=10;while(i-);4、結(jié)論根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們閱讀了大量的關(guān)于認(rèn)知51單片機(jī)的前期準(zhǔn)備資料，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了51系列單片機(jī)的工作原理及其使用方法，并認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)課題的需求，研究并設(shè)計(jì)智能機(jī)器人的整個(gè)項(xiàng)目,。通過(guò)我們幾個(gè)的共同商議，決定了智能機(jī)器人的整體外形以及各元器件的局部安排，最終做出了整個(gè)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和機(jī)器人硬件進(jìn)行了程序的編制，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)幾次對(duì)校車的不同調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能夠較快較平穩(wěn)的機(jī)器人沿引導(dǎo)線行駛的目的，但由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰τ邢?，該系統(tǒng)