----基于單片機的多功能智能小車設(實物制作)摘要隨著社會的發展，智能化越來越受到人們的關注。本設計通過模擬汽車的自動行駛及避障功能，來實現智能化。本設計主要有三個模塊包括信號檢測模塊、主控模塊、電機驅動模塊。在此設計中，用單片機作為主控芯片，處理接收到的各種信號，并作出相應的反饋；用紅外對管來進行黑線檢測，從而達到循跡和避障的目的；通過編寫的程序，保證了電機的左右轉動，從而達到小車設計時預定的目標。由于小車在設計過程中，采用了模塊化的設計思路，所以在進行調試時非常方便。我們可以分別對每一個功能部分來進其功能。循跡部分調試時，只要通過檢測到黑把障礙物放在小車前方，然后看小車兩個輪子的轉向。這種模塊化的設計思想不僅簡化了設計過程，而且對我們以后的設計也會有一定啟發。,.,,;.,.,,,.,,;,,,,.,,,.,----,,.,,.,.一、緒論智能小車的研究與意義智能小車的現狀論文研究內容與主要結構二、方案選型設計車體設計調速技術循跡模塊技術避障模塊技術.控制系統模塊三、硬件設計總體設計--驅動電路設計循跡部分電路避障部分電路主控電路設計主程序設計概述主程序流程圖驅動程序流程圖循跡程序流程圖避障程序流程圖五、制作安裝與調試小車的安裝小車運動模式調試小車循跡調試小車避障調試小車的功能六、結論七、參考文獻八、致謝第章緒論智能小車的研究意義----隨著計算機、微電子、信息技術的快速發展，智能化技術的發展速度也越來越快，智能化與人們生產生活的聯系越來越緊密，智能化將是未來社會發展的必然趨勢。在企業生產技術不斷提升、對自動化技術要求不斷加深的背景下，智能車以及在智能車基礎上開發的產品已成為自動化物流運輸、柔性生產組織等系統的關鍵設備。智能小車是一個集環境感知、規劃決策、自動駕駛等功能于一體的綜合系統。它集中的運用了計算機、傳感器、信息。通信、導航、人工智能及自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。在我所研究的自動循跡避障系統中，我們可以利用小車來模擬汽車自動避障功能，來避免現實中汽車因與障礙物碰撞而產生的有著非常重要的現實意義。智能小車的現狀電氣控制技術、智能控制等學科，智能控制技術是一門跨科眾所周知機器人技術的發展是一個國家高科技水平和工業自動化程度的重要標志和體現。因此目前世界各國都在開展機器人由于有很高的靈活性、可以幫助人們提高生產率、改進產品質量等優點，在世界各地的生產生活領域得到了廣泛的應用。智能小車正是模仿機器人的是一種以汽車電子為背景，涵蓋多學科的科技由路徑識別、速度采集、角度控制以模塊組成。這種智能小車能夠自動搜尋前進路線，還能爬坡，感知前方的障礙物，并自動尋找前進方向，另外如果加入相關聲光訊號后，更能體現出智----能車輛的研究歷史較長，始于上世紀年代。它的發展歷程大體可以分成三個階段：第一階段世紀年代是智能車輛研究的初始階段。年美國公司研究開發了世界上第一臺自主引導車系統()。第二階段從年代中后期開始，世界主要發達國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項目開始在這個領域的探索。在美洲，美國成立了國家自動高速公路系統聯盟()。在亞洲，日本成立了高速公路先進巡航輔第三階段從年代開始，智能車輛進入了深入、系統、完成了系列的(—)的研究，取得了顯著的成就。臺自主車目前，智能車的發展正處第三階段。這一階段的研究成果代表了當前國外智能車的主要發展方向。代，而且大雖然我國在且存在中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自我國第自主駕駛轎車。吉林大學設計并制造了一輛用識別地面鋪設的條狀路標導航的智能車系統組成。目前，該車可以穩定的跟蹤直線、弧線、型線等軌跡自動行駛，車速可達。在國家科工委和國家計劃的資助下，清華大學計算機系智能技術與系統國家重點實驗室自年開始研制的系列移動機器人取得了很大的成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已經能夠在校園的非結構行道路跟蹤和避障自主行駛。南京理工大自主車，該車裝有彩色攝像----的許多高校和科研院所都在進行關鍵技術、設備的研究，隨著研究的興起，我國已形成了一支技術研究開發的專業技術隊伍。并且各個交通、汽車企業越來越加大了對及智能車輛技術研發的投入，整個社會的關注程度在不斷提高。交通部已將研究列入“十五”科技發展計劃和年長期規劃。相信經過相關領域的共同努力，我國及智能車輛的技術水平一定會可以預計，我國飛速發展的經濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。因此，對智能小車進行深入細致的研究，不但能加深課堂上學到的理論知識，更能將理論轉化為實際運用，為將來打下堅實的基礎。論文研究內容與主要結構論文主要研究的內容就是小車的循跡與避障，因為在實現整個系統時，如何確保小車按照所設定的路線行進，是至關重要的。在進行避障循跡小車研究時，我們首先要確保電路圖的設計合理。這樣的話，在后面進行的硬件調試時，才可以避免因為電路原理的錯誤，而使得設計達不到預定要義，以及選題目前在國內外的發展現狀。這樣我們在進行課題設計的時候，有很大的參考意義；第二部分：主要是在論證小車設以及后續的維護是否方便來進行篩選，得出最后本小車的設計方----時，必須通過構建硬件電路；第四部分：系統軟件設計，這是一照設定功能進行一系列動作，比如循跡以及避障；第五部分：小力，還有最后的結果進行一個大致總結；第七部分：致謝，對于的幫助；第八部分：參考文獻：在小車設計及論文編寫過程中，歸納整理；第九部分：附錄，最要用來展示小車的整體硬件電路情況以及小車的系統程序，這第章方案選型車體設計指的是用兩個電機來驅動小車的兩個輪子，能夠使得動力分也比較高。可以按照行駛路面狀態的不同而將發動機輸出扭矩分別分布在兩個輪子上，提高小車的行駛能力。而且，兩輪驅動在車體結構及元器件分布上，也相較于四輪來說更加密集。兩輪驅動在控制上，相對于四輪驅動也比較容易，在設計時更加便于實現。----小車要向前行駛，必須要有動力來驅動輪子，因為我們在控制小車的行進時，并不是每個輪子的轉向轉速都一樣。在轉彎的時候，就必須區別每個輪子的轉速快慢和轉向，所以就必須用到電機驅動模塊來對小車進行驅動。直流電機在驅動時，只需要合適的直流電壓就可以進行驅動。而且，直流電機可以承受反復沖擊，對于小車在急速轉彎或者反復前后轉動時，有很好的容納性。在調速特性方面，直流電機可以很方便的進行調速，且調速范圍廣。在控制時只要加上合適的電壓就會轉，我們并不需要精確的計算其所轉的圈數。步進電機則是靠脈沖信號來進行驅動，對于脈沖信號來說，我們不能直接使用直流電壓產生，必須借助于單片機的來產生，這樣的話在進行設計時，就會增加的使用數量，使得設計難度增加。我們在電機選擇時，可以選用直流電機。因為通過對兩種電機的綜合性能比較，直流電機，而步進電機在控制時，相較于直流電機此我們不采用步進電機，選擇更加電路是由四個晶體管和一個電機組成。在電路中，四個晶體個腳的電壓輸入，就可以驅動電機.而電機在型電路中，是表----示中間的橫杠。在實際使用的時候，如果我們用單獨的元器件來實現橋式電路的話，是比較困難的。因此，我們可以采用市面上的已有封裝的芯片。這樣的話，我們只要在進行電路設計時，考慮芯片的工作電壓范圍，功率以及所需的控制信號即可，就不用再通過自己來一個一個搭建電路。驅動模塊采用專用芯片作為電機驅動芯片，是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，其響應頻率高，一片可以分別控制兩個直流電機。以下為的引腳圖和輸入輸出關系表。--可實現兩個直流電機的調速控制。電機驅動電路調速技術技術的實現主要有兩種方法，一種是硬件調制法，另外一種就是軟件生成法。硬件生成法是把所希望得到的波形作----為調制信號，我們可以根據需要的波形來進行改變參數選擇。被調制信號作為載波信號，通過對載波信號的幅頻、相頻等進行調節，可以得到所需要的信號波形。由于三角在實現時比較容易，而且其各種參數的調制也方便，因此我們一般將其作為載波信號。由于各種復雜的信號都可以認為是許多不同的正弦信號疊加而成，我們可以把正弦波作為調制信號，這樣我們得到的信號波形就是信號。軟件生成方法是利用計算機軟件技術來實現產生波的調制，這種技術產生信號更加容易。而且在進行波形變換時，只要在軟件程序里進行簡單的修改，即可以進行實現。由于硬件調制法電路是屬于模擬電路，其結構比較復雜，而且在實現電路設計和搭建時，相比較起來不方便，難以實現精確的控制。而軟件生成法就比較簡單，只要在控制程序里加上調制就可以。因此，我采用軟件生成法來實現波循跡模塊技術在小車進行循跡時，我們要考慮小車對循跡黑線檢測的靈敏性。有比較好的靈敏性，而且可以進行路徑成像。紅外對管則是由于紅外線接收二極管在光線下照明，通過調用產生的光電流。如果連接到外部電路上的負載，所需的電信號個電信號會隨光的改變而發生相應的變化。這種獲得的信號相對比較模糊，而且受光強度影響較----成本等綜合因素，我考慮使用紅外對管進行循跡。紅外對管是將光信號轉換為電信號(如圖所示)的光敏器件或者光電變換裝置。可見光信息源、紅外光信息源、紫外光信息源等都直接或者間接地輻射出一定功率的光能，包括含有一定信息量的光能量由紅外對管接收后，紅外對管能夠按一定的規律將光能中所包括的模擬或者數字信息轉化成相應的電信號，從而可以以電信號的形式還原出光能中所圖紅外光電傳感器工作原理避障模塊技術小車進行避障時，我們需要提前探知其前方是否存在障在行進過程中，自動選擇遠離障礙物的路線。在避障模塊的選擇時，有兩種選擇，一種是使用紅外避障，還有一種是超聲波避障。----采用紅外線光電開關。由于紅外線指定性強，在介質傳紅外線探測障礙物并繞過障礙物模塊是利用紅外線發射器向某一方向紅外線，紅外線在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，紅外線接收器收到反射光經相應的電路進行處理，以測定障礙物的方位及距離，并向下車發送控制信號以使小車繞過障礙物。而采用超聲波傳感器是利用超聲波發送模塊向某一方向發射超聲波，超聲波在空氣中傳播，在一定距離內遇到測定的障礙物就會立即返回超聲波接收模塊超聲波傳感器成本相對較高。以上兩種傳感器都是可行的，尤其是紅外線光電開關，應用相當廣泛，但是為了本論文更加的使用和有效，超聲波更加合適與有效，更加有利于發現前方障礙物。控制系統模塊單片機。由于在小車的整個運行過程中，其需要處理的數據比較多，在驅動電機時，就需要通過單片機的口來輸出控制退以及轉彎等功能。在小車運----等功能。單片機引腳圖在小車電源選擇時，我們需要特別注意，因為系統單片機的額定工作電壓為。對于電機來說，用驅動又不能讓小車行駛，而過高的電壓可能會使系統芯片燒壞。因此，我們需要通過計算得到小車的可允許電壓電流范圍，一般采用為好，本小車采用供電。這樣既可以保證電機驅動所需電壓，又不會因為電壓過大而造成元器件的燒壞。三、硬件電路設計總體設計小車的整體系統是以單片機為，通過紅外對管來進行黑--線檢測循跡行走，通過超聲波探測器進行障礙物感知，進行避障功能實現，通過驅動模塊來實現電機的驅動，從而達到小車的運動。系統電路圖見附錄：在小車的電源系統，采用直流供電，為了防止在誤操作時接入過高的電流使整個電路燒毀，一般會在電路中接入防驅動電路設計圖驅動電路框架圖在驅動電路部分設計時，我們要考慮的是驅動芯片的選擇，一般是在和這兩款芯片中選擇。對于芯片，是使用的腳--直插式封裝模式，具有四通道驅動邏輯電路，可以很方便的驅動兩個電機。而且它的工作電壓以及單通道輸出電流都比較高，一般可達到和在功能上和基本一樣，但是它的工作電壓和通道電流都相比于要小，其采用的是直插式腳封裝模式。所以，在應用時，一般使用而不采用，從經濟方面來考慮，也更具有優勢。輸出電壓的方式有兩種，一種是直接通過電源的調節來進行電壓輸出；另一種就是直接使用單片機上的輸入輸出口提供電壓信號。該驅動芯片可驅動路直流電機，使能端、為高電平時有效，控制方式及直流電機狀態表如下所示。如果直流電機的速度控制，需要設置和，確定電機的旋轉方向，并使輸出脈制。請注意，當使能信號是，電動機自號為，并且和都為或時，電機處于制循跡避障部分電路--循跡模塊框架在進行小車循跡電路設計時，我們要考慮到當紅外對管檢測到黑線以后，如何進行下一步操作。首先將紅外對管接收的光信號轉化為電流信號，再將模擬電流信號轉化為數字信號。紅外線探測障礙物并繞過障礙物模塊是利用紅外線發射器向某一方向紅外線，紅外線在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，紅外線接收器收到反射光經相應的電路進行處理，以測定障礙物的方位及距離，并向下車發送控制信號以使小車繞過障礙物。主控電路設計小車的主控電路是以單片機作為控制芯片，結合復位電路、晶振電路來控制整個系統的運行。在電路中，我們一般使用的晶振位，這樣的話，單片機的每一個機器周期為，這--圖最小單片機系統主程序設計概述在小車整體設計過程中，不僅有著大量的硬件電路設計，更多的是對于系統軟件的分析設計。因為在硬件電路搭建完以后，只有通過軟件程序的控制，才可以讓小車按照設想的運行路徑進行行駛，達到所需要的功能。由于小車整體功能比較多，如果在最開始程序設計時就進行整體設計的話，無疑會對整個設計工作帶來困難，而且在設計完成后進行運行調試時，也會造成困難。因此，我在設計程序時，采用了模塊化設計，即先對每一個部分子功能模塊進行設計，--在驗證各個功能程序的完整性以及正確性以后，再把各個子程序組合成一個完整的程序。主程序流程圖圖系統程序流程圖驅動程序流程圖--圖驅動程序流程圖循跡程序流程圖圖循跡程序流程圖避障程序流程圖--圖避障程序流程圖五、制作安裝與調試小車的安裝在小車各個部分的電路焊接完成后，我們就開始對小車進行整體組裝。利用購買的高強度塑料制成的模型作為小車的車體，然后分別將各模塊按照功能安裝固定好。紅外循跡模塊固定在車體底部，因為其作用是來檢測地面黑線存在，而且其工作距離也有一定限制，所以不能放在離地面太高的地方。超聲波探測模塊則應該置于小車正前方，其目的主要是用來發現前方障礙物，其安裝高度要合適。對于驅動模塊和最小單片機系統，安裝在小車正中間，因為其要與各模塊----之間進行連接。供電電源則放在小車車尾，這樣有利于小車小車運動模式調試對小車的左右轉彎進行調試時，可以在程序里給定每個電機引腳信號，看小車的轉動是否滿足所設定的方向。通過調試可知，小車的運動方向與初始設置相同，能夠實現。為了便于明確知道小車電機轉向的控制信號，表給出了每個的控制信號，通過對其進行不同的改變，可以選擇在不同情況下電機的各種運動狀態，從而得到小車行駛的數據。----小車循跡調試小車的循跡是通過五路紅外對管實現，當左側檢測到有黑線時，左側指示燈會亮(圖)，當右側指示燈亮時，那么小車檢測到的黑線在右側(圖)，如果當小車在黑線中間是中間指示燈會亮(圖)，這時候，小車就會循著黑線一直行在進行循跡測試時，黑線的寬度對我們循跡成功也有一--小車避障調試在進行小車避障調試時，當把障礙物放置在小車的行駛路線上時，如果被檢測到，那么小車會在安全距離內旋轉度小車的功能通過對小車的各項功能進行測試，可以發現，在合適的工作條件下，小車基本可以達到設計要求。因此，本設計完成了預先的設計任務，實現了所有功能。小車可以進行循跡功能，檢測到黑線以后，會沿著黑線進行行進。可以進行避障功能，在檢測到障