1、項目編號南京工程學院大學生科技創新基金項目立 項 申 報 書項目名稱： 基于單片機的智能探測小車 負責人（學號）： 蔣嘉柔（208090507） 指導教師： 宋宇飛 院 系： 通信工程學院 聯系電話：填表日期： 2010年11月24日 共青團南京工程學院委員會印制負責人姓 名蔣嘉柔 學號208090507 班 級電子信息091 專 業電子信息工程聯 系 電 指導教師姓 名 宋宇飛專業/研究方向電子信息工程職稱/職務講師聯 系 電 責人近年來承接、組織、參與的學術科技活動情況（含科技項目、學術論文名稱、完成時間、鑒定、

2、發展以及獲獎情況等）項目組其他成員情況序號姓名學號班 級專業項目分工簽名1 蔣嘉柔 208090507電子信息091電子信息工程原理設計整體統籌蔣嘉柔2步超倫208090140無線通信091無線通信單片機編程步超倫3夏靜233100242D自集成102自動化系統集成機身設計電路設計夏靜 項目組其他成員近年來承接、組織、參與的學術科技活動情況（含科技項目、學術論文名稱、完成時間、鑒定、發展以及獲獎情況等）研 究 項 目名 稱基于單片機的智能探測小車研究方向單片機技術的智能實現 申請經費3000元 一、項目的研究意義、國內外研究現狀、水平和發展趨勢，研究預期達到的科學技術水平、社會和經濟效益?；?/p>

3、單片機的設計和制作室國內外大學生及研究學者的熱點，對于其放在崎嶇的道路上的出色的平衡行走的表現，它已經被應用到探險、航天探索等許多方面，盡管目前有許多成熟的產品，但是造價昂貴，以日本索尼公司的機器狗為例，一款功能較為完善的機器狗造價高達2萬元人民幣。而其作用也越來越受到重視，可供單片機編程實現的探險工具造價昂貴，于此形成鮮明對比的是國內的探險市場龐大但價廉實用的產品較少。同時國內外與相關探險相關的比賽也層出不窮，充分展示了它的市場價值。我們設計的探險小車是用于探險人類不能活動的地方，比如山洞，外太空等等，用機器小車來代替人類，并且能夠把所拍攝的圖像送到我們的設備，同時，小車也能夠做相應的轉彎等

4、動作。因而制作出一款價廉實用的探險小車有很大的價值，因此我們的項目在教育以及在競賽方面有著很大的市場前景和研究開發價值。2、 項目的研究內容、預計突破或解決哪些技術難題項目研究內容：1，視頻信號的傳輸。即能把拍攝到的信號遠程傳送到操作者的電腦桌面上。用于實時監控。2，小車具有識別障礙和轉彎的功能。能夠自我越過所遇到的障礙。3，熟練使用CAD設計軟件進行機械部分的設計。（小車的底座，車身等的機械設計）。4，能編寫實現視頻傳輸的單片機程序。5，LED照明。同時LED具有會根據環境自動發光。6,，行走過程中的小車本體的平衡的實現以及在崎嶇平面上的適應能力。預計突破：1，熟練運用C語言進行單片機的程序

5、開發。2，實現一個單片機對遠程圖像信號的傳輸。（編程設計是一個難點）解決的技術難題：1，對機小車行走時的平衡的實現，各部件之間的協調，以及在不平整的路面上移動的穩定，以適應不同的外部環境。2，利用單片機實現使遠程圖像信號能夠傳遞到我們的電腦上的編程問題。三、項目的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析項目的研究方法：1，通過查閱資料以及相關的工程實踐改進相關技術。2，咨詢相關老師獲得相關方面的經驗方法。3，通過具體的工程實踐對探險小車的性能做出不斷的改進與完善。技術路線：1， 對小車的行走進行觀察并進行測試，2， EAD技術輔助電路部分設計。實驗方案：第一步，規劃基本的電路，搭建試驗電路。第

6、二步，規劃小車的行走方案，設計并且對單片機進行編程，用單片機開發板進行相關的測試和調試。第三步，搭建電路板，接入電源，進行實物測試。第五步，組裝小車本體，進行實戰平衡調試，接入拓展功能進行測試?？尚行苑治觯涸擁椖康臋C械設計部分已基本成熟，并且軟件設計部分也有了一定的頭緒，方案可行，思路合理。因而有理由認為該項目的可行性很強。具備開題立項的條件。四、研究工作條件和基礎（包括前期研究工作基礎，已有研究成果，現有的主要儀器設備、研究技術及協作條件等）一 系統原理圖 簡易智能電動車采用80C51單片機進行智能控制。開始由手動啟動小車，并復位，紅外光電傳感器檢測，通過單片機控制小車開始記數顯示并避障；系

7、統的自動避障功能通過紅外光電傳感器左右側檢測，由單片機控制實現；在電動車進駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調制技術，以提高系統的靜動態性能；采用動態共陰顯示行駛時間和里程。本設計采用MCS-51系列中的80C51單片機。系統原理圖如圖2.6所示。圖2.6 系統原理圖其中看門狗電路和時間里程顯示、調速電路，檢測是拓展目標。一小車的整體控制系統理論：控制工程處理自動控制系統各種工程實現問題的綜合工程技術。包括對自動控制系統提出要求（即規定指標）、進行設計、構造、運行、分析、檢驗等過程。它是在電氣工程和機械工程的基礎上發展起來的。閉環控制：閉環控制有反饋環節，通過反饋系統是系統的精確度提高,響應時

8、間縮短,適合于對系統的響應時間,穩定要求高的系統。開環控制：開環控制沒有反饋環節，系統的穩定不高,響應時間相對來說很長,精確度不高,使用于對系統穩定精確度要求不高的簡單的系統。一般稍微復雜一點的機器人小車都是閉環控制，也就是說它有一個反饋機制，會根據自己配備的各種傳感器來讀取環境信息，并且根據這些環境信息來決定自己下一步的行動，決定好后將行動指令發給執行系統，使機器人做出合適的動作。我們打算做的探險小車是閉環控制。小車的前進時通過在小車后面左右輪上分別裝上兩個獨立的驅動電機（差速轉向式），通過控制左右輪的速度來實現車體的轉向。1.設計一個光強采集系統，能夠實時采集環境光線強度；2.設計一個閉環

9、控制LED（12只高亮3mm白光LED）照明系統。1.LED驅動采用電流驅動，電流步進可調；2.電流1mA50mA，步進1mA，能夠實現光線強度感應并自動控制LED亮度。在LED打開后，自動實現LED根據外界光線強度自動調光。即：外界光線強度強，減小LED發光強度，反之，增強LED發光強度。二，機器小車可以分為三部分傳感器部分、控制器部分、執行器部分。小車傳感器部分和控制器部分：接收傳感器部分傳遞過來的信號，并根據事前寫入的決策系統（軟件程序），來決定機器人對外部信號的反應，將控制信號發給執行器部分。好比人的大腦。執行器部分：驅動機器小車做出各種行為，包括發出各種信號（點亮發光二極管、發出聲音

10、）的部分，并且可以根據控制器部分的信號調整自己的狀態。對機器人小車來說，最基本的就是輪子。這里我們采用的是直流無刷電機。現在我們來分析一下機器人小車的避障行為控制：機器車在行走過程中（人在路上走），忽然接收到裝在它前部的傳感器發來的一個“左前方有障礙物”的信號（人眼發現左前方有一根電線桿），我們事先寫在機器人控制芯片中的程序算法要求機器人發現左前方有障礙物就往右邊轉，控制芯片對機器車的驅動器或是輪子，此時機器車的執行器部分應該立即響應控制器的指令，改變自己的狀態，使機器車的前進方向改變，避開障礙物。那么這三部分是用電聯系起來的。其實機器人小車就是一個電子作品，傳感器將外部的光信號、聲音信號、溫

11、度信號等全部轉換為控制部分可以接受的電信號，控制系統發出的指令也是各種電信號，通過執行部分轉變為電機輸出的扭矩、聲音、光信號等等。二傳感器部分 傳感器是機器人的眼睛，想要小車完成不同的任務就要配備各種不同的傳感器。紅外測距傳感器：紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發射與接收二極管，發射管發射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號。三控制器部分適合機器人的控制芯片我們打算用單片機。單片機。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片

12、就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。我們編輯相應的程序教會單片機處理各種各樣的問題，給單片機配備上各種各樣的擴展工具，使單片機可以將復雜的問題簡單化，數字化。我們打算買單片機開發板。單片機開發涉及兩方面：硬件、軟件。做機器小車需要的擴展電路：    程序下載電路：單片機最終需要程序來控制，一般都是在PC上編寫好程序，通過下載線前行與倒車控制電路來下載到單片機中執行。下載需要一個電路來支持，以前的通常做法是連接到PC的串口，也可以通過USB下載程序的電路。系統設計驅動電路要想讓機器小車有穩定行走能力，需要選擇穩定的電動機驅動系統。

13、本設計利用三極管放大作用對單片機I/O口電流進行放大，驅動繼電器控制電動機轉動。且不會對輸入電流有任何影響，完全可以給電動機提供大電流，保證電路工作穩定。電動機驅動電路采用兩個NPN管對單片機AT89C51的I/O口輸出電流信號放大，利用電阻R19、R20作為三極管基極進行保護。當單片機I/O口有信號輸出時，該電流經電阻后送入第一級三極管基極，使第一級三極管導通，導通電流經電阻送入第二個三極管基極，進一步放大電流，以達到繼電器驅動電流。根據計算，送入繼電器的電流是經過兩極放大電路放大了約2倍，9014在此做開關作用。經過兩級放大后驅動繼電器。如圖2所示。圖2 電機驅動電路原理圖每個繼電器相當于

14、一個單刀雙擲開關，由此，兩個單刀雙擲開關，組成電動機正反轉控制電路，實現機器人前進、后退動作。以上兩個電路就是機器人開發所需要的最基本的單片機電路，其他也許還需要一些電機驅動、A/D轉換、開關選擇等電路。視覺電路在此設計中，我們僅要求機器人發現并跟蹤目標，不需要識別目標。因此采用最常用的紅外線反射傳感器來作為機器人的視覺功能，檢測機器人前方是否有目標。該功能的實現采用的是兩個型號為TX05D的紅外線反射傳感器。TX05D常用的紅外反射式接近開關，它內部有一紅外線發射管和一紅外線接收管。發射管發出紅外線，如果其正前方沒有物體，那么接收管接收不到紅外線反饋信號。當前方出現物體時，紅外線信號經過物體

15、被反射了回來，這時接收管接收到信號，向單片機發出高電平信號，以告知單片機其前方出現障礙物。兩個紅外線傳感器安裝在機器人前方的兩側，在機器人工作時，兩個傳感器始終向外發射紅外線探測信號，當其中一個傳感器接收到反饋信號時，便向單片機發出高電平信號，告知單片機該方向發現目標，單片機經過判斷后，控制電動機向該方向轉向，以實現跟蹤功能。當兩個傳感器都感應到目標時，機器人便向著目標直著前進，直到撞上目標。四執行器部分 對于機器人小車來說，最基本的執行器部分就是輪子。要有輪子，小車才能被稱為小車。一般適合機器人小車上用的輪子，機械結構，車體等部分卻很難尋覓。我們打算自己做幾個適合我們小車型號的輪子。于小車的

16、運動驅動來說，我們可以選用步進電機。單片機有專門的模塊來負責驅動電機，單片機只需要為這樣的模塊提供一定頻率的脈沖和控制信號就可以了。在硬件結構中，光電傳感器模擬小車的眼睛，驅動電路模擬操縱桿，單片機模擬模擬小車的大腦。拓展功能：步伐調整電路當機器人在前進過程中，如果電機轉速不一致或者在轉向過程中打亂了步伐，這時便會啟動步伐調整功能，該功能是利用兩個光耦來完成的。在機器人腿部，裝有兩片通過光耦的擋片，當機器人正常行走時，擋片會交替的打開和關閉光耦。如果兩個光耦的狀態始終不相同。那么就說明該機器人步伐正常。當光耦狀態出現相同時，說明機器人步伐錯亂，需要校正步伐。這時便會隨機停下一條“腿”，等另一條

17、“腿”走在合適位置，即光耦狀態相反時，再作出同步前進。電路如圖3所示。在現有玩具電動車的基礎上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實現對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。這種方案能實現對電動車的運動狀態進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統的各項要求.1，小車的外形已有基本的設想。2，其次，相關的電路（簡略）我們也展示了幾部分的電路圖紙。3，我們對智能探險方面已有一定的了解，基本明確小車制作的步驟。4，軟件設計方面，團隊有兩個人已學完C語言，所以，對基于C語言的單片機編程可以實

18、現。5，現在我在工程實踐中心實驗室里，這里有制作相關的設備和測試儀器。同時，這里的學長也可以對我們的制作智能小車提供指導意見。6，我們組成的團隊成員有著一定的單片機基礎（自學）和相關硬件方面的制作經驗，我們是一支團結協作共同進取的團隊。五、預期研究成果1,制作出可以實現行走，轉彎識別障礙等基本動作的智能小車。一部分由單片機進行軟件編程實現，另一部分由硬件實現。2，在崎嶇的路面上的平衡得以實現。具體形成的實物將會在終審現場進行展示表演。3，具有視頻遠距離傳輸，最終在電腦上顯示所拍攝到的圖像（把信息傳回來）。六、考核目標基本目標：1，機器車成品的相關展示。2， 現場進行一般性的動作的表演，如行走，轉彎，識別障礙等。3，視頻傳輸的實現。拓展目標：1，小車循跡的功能。2，調速電路（步伐調整）3，看門狗電路,4，時間里程顯示5，調速電路6，檢測七、主要參考文獻或資料1，【日】船艙一郎 土屋 堯 掘桂太郎 機器人控制