大学毕业论文---智能机器车设计.doc
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1、分类号 编号 3108012010 本科毕业论文(设计)智能机器车 Create Robot Car摘 要智能,是在计算机中人为预置已经设计好的程序,通过机器人对外部世界信息的收集和处理,计算机按程序运行做出相应的动作,从而使机器人能对外部世界做出有效的反应。本次课题设计的智能机器车以Atmel公司的89S52单片机为主要控制核心,通过遥控智能机器车使其具有前进、后退、停止的功能,同时,配合红外避障与红外寻迹系统,实现该智能机器车的自动避障与自动寻迹功能。智能机器车主要由单片机控制模块、无线遥控模块、红外对管寻迹模块、红外避障模块、电机驱动模块组成。通过单独对各个模块的安装、调试,保证各个子模
2、块的正常工作,得到正确的信号输出。然后把各个模块组合起来,对89S52单片机写入程序,将各模块整合成一个完整的系统,完成本次课题设计。关键词: 智能;单片机;自动避障;自动寻迹;无线遥控ABSTRACTIntelligence is preset well designed procedure in the computer, through collecting and processing information from the outside world, computer operation according to the program and makes the appropr
3、iate action, so that the robot can make effective response to the outside world. This topic is the design of intelligent robot vehicle, the design of theoretical scheme, analysis method and characteristic and innovation can provide reference to those robots with social application such as archaeolog
4、ical robot, household robot, and mining robot and so on. Meanwhile, as a high technology with the characteristics of high added value, technical requirements of precision, wide application range, most of the countries try their best to develop intelligent robots. With the development of our national
5、 economy, the upgrade of industrial structure, to maintain our country in future international competition advantage, it is necessary to pay attention to the development of the intelligent robot and give appropriate policy support to improve our countrys level of development of the intelligent robot
6、.Intelligent vehicle uses 89S52 MCU as the main control core, through wireless control, the intelligent vehicle has the functions of forward, backward and stop. At the same time, with the infrared obstacle avoidance and infrared tracking system, automatic obstacle avoidance and automatic tracing can
7、 be realized.The design uses methods of contrast selection, module independence, integrate treatment. By combining the professional knowledge as well as making full use of related literature and data resources, the design analysis different solutions and choose the best scheme to design based on its
8、 practical situations.Intelligent robot vehicle is mainly composed of a single-chip control module, wireless remote control module, infrared tube tracing module, infrared obstacle avoidance module, motor drive module. By installing and debugging each module individually, we get correct signal output
9、 with the normal work of each sub module. At last, we finish the design by combining each sub modules integrated into a complete system.Key Words: intelligence; MCU; automatic obstacle avoidance; automatic tracing.目 录1 引言12 总体设计 22.1 各模块分析选择 22.1.1 主控单元方案比较与选择 22.1.2 避障单元方案比较与选择 22.1.3 寻迹单元方案比较与选择 3
10、2.1.4 遥控单元方案比较与选择3 2.2 总体设计框图 3 3 硬件设计 53.1 单片机控制模块 53.1.1 晶振电路 63.1.2 复位电路 73.1.3 接口电路 73.2 红外无线遥控模块 8 3.2.1 无线遥控工作原理 8 3.2.2 TC9012遥控发射器 8 3.2.3 LT0038芯片遥控接收器 103.3 光敏电阻寻迹模块11 3.3.1 光敏电阻的工作原理11 3.3.2 寻迹电路12 3.4 红外避障模块15 3.4.1 红外避障模块工作原理15 3.4.2 红外避障模块电路153.4.3 555时基芯片164 软件设计18 4.1 软件设计框图18 4.2 各模
11、块源程序19 4.2.1 自动寻迹模块源程序19 4.2.2 红外避障模块源程序21 4.2.3 红外遥控模块源程序27 5 制作与调试30 5.1 使用的仪器仪表与软件30 5.2 软件的调试30 5.3 各模块的调试31 5.3.1 自动寻迹模块的调试31 5.3.2 红外避障模块的调试32 5.3.3 红外遥控模块的调试33 5.4 联合调试34 6 结论与展望35 致 谢36参考文献371 引言智能,是在计算机中人为预置已经设计好的程序,通过机器人对外部世界信息的收集和处理,计算机按程序运行做出相应的动作,从而使机器人能对外部世界做出有效的反应。在这个过程中,无需人为的操作,机器人便能
12、实现自动化的运行。智能技术是当今科学界研究的热点之一。由于智能化技术具有多学科融合和多技术集成的特点,涉及众多学科领域的尖端技术,其发展水平能够反映出一个国家或地区信息与自动化技术的综合实力,因此,发达国家都投入大量的资源进行智能技术的研究工作,争夺行业的制高点。在我国,1986年3月出台的国家高技术研究发展计划(即“863”计划)中明确把智能机器人主题列入自动化技术领域中去,这从国家层面肯定了智能化技术的重要性,从此我国的智能化研究工作进入了快车道。本次课题设计以全面普及简要智能化技术为目的,整个开发过程简单易懂,电子元器件与平台的选择适当、合理,无须花费太多的时间与精力便能实能智能机器车的
13、自动寻迹、自动避障和遥控的功能,是电子与工程等相关学科的初学者学习相关知识、巩固所学知识的理想教育工具。同时也适用于高校毕业生作为课题设计而开展。本次课题设计的是智能机器车,该设计过程中的理论方案、分析方法以及特点与创新等方面可以为考古机器人、家用机器人、采矿机器人等有社会应用价值前景的机器人的生产与发展提供一定的设计、制作的参考意义。同时,智能机器人作为一门高新科技,具有附加值高、技术要求精、应用范围广等一系列特点,是世界各个国家争相发展的热点。随着我国经济的发展,产业结构的升级,为保持我国在未来国际竞争中的优势,有必要重视智能机器人的发展并适当给予政策支持,以提高我国智能机器人的发展水平。
14、本设计以简易智能机器人为主要开发平台,选择Atmel公司的89S52单片机为主要的控制核心,融合电机模型、传感器技术、红外无线通信技术、程序设计等一系列知识以实现智能机器车的各种功能。设计完成以由无线电遥控、光敏电阻的自动寻迹、红外线自动避障组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车,使得小车具有前进、倒退、转向行驶,自动根据地面黑线寻迹导航,检测障碍物后停止等功能,实现智能控制,达到设计目标。2 总体设计本次课题主要是组装、制作一辆能够对外界信号进行智能判断并做出相应反应的智能机器小车。智能小车主要能够实现以下的几个功能:无线遥控功能、自动避障功能、自动寻迹功能。作品以两直流电机作为驱动,
15、利用不同宽度的脉冲产生脉宽调制来对直流电机进行调速,同时电机驱动电路采用高电压,高电流,四通道驱动集成芯片L293D。光敏传感器是能够探测地面的情况,发光二极管发射光线,遇到浅色地面光线被反射回,遇到深色地面光线被吸收,根据不同的地面情况,智能机器车可以探测地面的线路迹象从而实现自动寻迹功能。同时,位于机器车前方的两只红外发射管和一只红外接收模块构成红外传感避障系统,主要用于检测前方的障碍物,红外光线当遇到浅色物体时被反射,遇到深色物体时光线被吸收,通过单片机的判断控制,实现转向,从而达到避障的功能。遥控系统由发射部分和接收芯片LT0038这两部分组成。最后由控制单元89S52处理数据后通过汇
16、编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作,实现了智能控制。2.1 各模块分析选择 通过对比分析选择各个模块,结合课题设计的实际情况,选择适合于本次课题设计的各个模块元件,进而得出设计方案。2.1.1 主控单元方案比较与选择方案一:采用分立的数字电路对传感器收集的信号进行分析与处理。对自动寻迹电路、自动避障电路和遥控电路收集的外界信号作为数字电路的输入,由数字电路作控制单元,分析处理后输出,控制智能机器车的动作。这种方案在设计逻辑上各模块分工清晰,但电路较为复杂,灵活性不高,不利于发挥智能机器车的扩展功能。方案二:采用89S52单片机作为整机的控制核心。自动寻迹电路采用光敏传感器对路
17、况进行连续的探测,信号送到单片机进行分析处理。自动避障电路的红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头,经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。遥控电路芯片把接收信号送单片机处理。这种设计的优点是灵活方便,采用软硬件结合的方法解决了方案一中的不足,使整个电路的扩展性大大提高,同时,硬件的复杂程度降低,电路简洁清晰,易于达到既定的目标。通过比较以上两种方案,决定采用方案二,首先方案二灵活性高,能够充分发挥智能机器车的扩展功能;其次,方案二采用软硬件相结合的方法,减低了硬件的复杂程度,有利于课题目标的实现。2.1.2避障单元方案比较与选择方案一:利用超声波对障碍物进行探测。超声波是频率高于20000
18、Hz的声波,它具有穿透力强、方向性好的特点,但超声波的缺点也很明显,例如超声波受环境影响较大,易受周围环境的影响,所产生声波的电路较为复杂。方案二:采用红外线避障。红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波,波长在760纳米到1毫米之间,是非可见光。设计采用2只位于前方的红处发射管(970nm)和1只红外接收模块构成红外传感避障系统,用来检测前方、左前方和右前方的障碍物。利用单片机产生38KHz信号红外线发射管进行调制发射,当红外线遇到障碍物时反射回来,红外接收管对反射回来的信号进行解调,输出比较电平。根据线外线的特性,可以知道红外线受外界可见光的影响较大,因此通过调制信号产生38KHz的载波来
19、减少外界的一些干扰。红外接收模块集成了红外接收管、前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和输出放大电路,灵敏度很高。方案二的优点在于可操作性强,总体价格便宜,整个系统对障碍物的识别率高,且实用性强,设计制作简单易行。综合比较方案一与方案二,本设计采用方案二作为智能机器车避障系统的设计。2.1.3寻迹单元方案比较与选择方案一:采用红外发射管和接收管作为寻迹传感器。红外发射管发射红外线,当红外线遇到浅色物体时被反射,红外接收管进行接收,经芯片处理后输出低电平;当红外线遇到深色物体时大部分的光线被吸收,接收管接收不了反射的信号,芯片因而输出高电平。这种方案的缺点在于整个系统工作过程不够稳定,
20、且红外线易受到外界光线的影响,使信号的发射与接收出现不同程度的失真,造成信号被误判。方案二:采用光敏传感器组成寻迹电路的形式。光敏传感器由五个光敏电阻和发光二极管组成,它能够探测地面情况,发光二极管发射光线,遇到浅色地面光线被反射,遇到深色地面光线被吸收。当智能机器车的遇到黑带时,光线被吸收,可以检测到输入电平为高电平,当遇到非黑带时,光线被反射,输入电平为低电平,再通过单片机采用查询方式,程序控制机器车的轮子来实现转向,达到寻迹的功能。本设计采用方案二作为寻迹系统的电路设计。2.1.4遥控单元方案比较与选择方案一:由发射和接收两大部分组成红外遥控系统,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操
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