基于光电传感器自动循迹的智能车系统设计.pdf

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第一章绪论
1.1智能小车的意义和作用
自第一台工业机器人诞生以来，机器人的开展已经普及机械、电子、冶金、
交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变
着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人
劳动的机器一直是人类的梦想。
随着科学技术的开展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器
成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，
对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当兴旺，而基于图像的理解技术还很
落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些构造化环境简单的目标。视
觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传
感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略
感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知
导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车〔AVG—
auto-guidevehicle〕系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动
避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应
的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成局部：传感器
检测局部、执行局部、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功
能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，
并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测局部考虑到小车一般不需要
感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑
使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行局部，是由直流电机
来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方
案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现
准确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以准
确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。
CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。
1.2智能小车的现状
现智能小车开展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其根本可实
现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等根本功能，这几节的电子设计大赛
智能小车又在向声控系统开展。比拟知名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我
此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。

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第二章方案设计与论证
根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的根底上，加装光电检测器，
实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机
进展处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种
方案能实现对电动车的运动状态进展实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满
足对系统的各项要求。
2.1主控系统
根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟
定了以下两种方案并进展了综合的比拟论证，具体如下：
采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的
性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点
上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机
就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格
低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。
针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开
关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、
A/D功能也不必选用。根据这些分析,我选定了P89C51RA单片机作为本设计的主
控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间
多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。
在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，
充分利用STC89C52单片机的资源。
2.2电机驱动模块
采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路构
造和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路(如图2.1)。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，准确调整电动机转
速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保
证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是
一种广泛采用的PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N(如
图2.2)。
这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速*围广、过载能力大，能承
受频繁的负载冲击