自智能循跡小車又被稱為AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV，是二十世紀五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運機器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運輸車。工業(yè)應(yīng)用中采用充電蓄電池為主要的動力來源，可通過電腦程序來控制其選擇運動軌跡以及其它動作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進路線，無人搬運車通過電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作，無需駕駛員操作，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地。AGV的另一個特點是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。AGV小車一般配有裝卸機構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動接口，實現(xiàn)貨物裝卸與搬運的全自動化過程。此外，AGV小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產(chǎn)、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。

隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺機器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機械、電子、計算機、自動控制、信號處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革：第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)控制，通過編程來設(shè)置循跡小車的路徑與運動參數(shù)，在工作過程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運動軌跡。支持離線編程的，第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運動位置，速度等其他物理量，電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨立完成任務(wù)，有其自身的知識基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息。

隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機、DVD、洗衣機、汽車等消費類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機電一體化、智能化、小型化等趨勢。各種智能化小車在市場玩具中也占一個很大的比例。根據(jù)美國玩具協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計，近年來全球玩具銷量增幅與全球平均GDP增幅大致相當。而全球玩具市場的內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻發(fā)生了重大改變：傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額2004年交2003年增長52%，而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長3%。英國玩具零售商協(xié)會選出的2001圣誕節(jié)最受歡迎的十大玩具中，有7款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的電子互動式玩具已經(jīng)成為玩家行業(yè)發(fā)展的主流。

如今知識工程、計算機科學(xué)、機電一體化和工業(yè)一體化等許多領(lǐng)域都在討論智能系統(tǒng)，人們要求系統(tǒng)變得越來越智能化。顯然傳統(tǒng)的控制觀念是無法滿足人們的需求，而智能控制與這些傳統(tǒng)的控制有機的結(jié)合起來取長補短，提高整體的優(yōu)勢更好的滿足人們的需求。隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時代。計算機控制與電子技術(shù)融合為電子設(shè)備智能化開辟了廣闊前景。因此，遙控加智能的技術(shù)研究、應(yīng)用都是非常有意義而且有很高市場價值的。

人類的研究活動已擺脫了地球生物圈的束縛而廣泛地進入外層空間和海洋深處。對月球和太陽系其他行星的探測，對太陽系以外的宇宙進行考察，對數(shù)千米以下的海底的研究，都是目前單靠人力所不能及的。自動控制系統(tǒng)正在代替人們完成這些任務(wù)。在戰(zhàn)場上的軍事活動中，在惡劣環(huán)境條件下的生產(chǎn)勞動中，凡不宜由人直接承擔的任務(wù)，均可由自動控制系統(tǒng)代替，如智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段、人類無法介入等特殊情況下的任務(wù)。高科技自動控制系統(tǒng)及裝置已日益成為現(xiàn)代社會活動中離不開的自動智能設(shè)備。

AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導(dǎo)航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型：

(1)電磁感應(yīng)式電磁感應(yīng)式引導(dǎo)一般在地面上，沿預(yù)定路徑埋電線，當高頻電流通過導(dǎo)線，電線周圍產(chǎn)生電磁場流動，AGV小車上安裝兩個對稱的電磁感應(yīng)傳感器，他們收到的電磁信號差異可以反映的AGV偏離程度路徑的程度。AGV自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證AGV對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。在目前商業(yè)用途的AGV中，特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應(yīng)導(dǎo)航。

(2)激光式安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的AGV，可安裝在墻壁或有高反射激光定位標志的支柱上或者路徑上運行，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機，計算出當前車輛的位置和運動方向，通過內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準位置相比，以實現(xiàn)自動處理。目前，這種AGV類型的應(yīng)用比較廣泛。基于同樣的原理，如果激光掃描儀被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導(dǎo)的AGV小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導(dǎo)和超聲引導(dǎo)的AGV。

(3)視覺式視覺引導(dǎo)式AGV是的迅速發(fā)展和比較成熟的AGV，這種AGV配備CCD攝像機，傳感器和車載電腦，在車載計算機中設(shè)置有AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫。在AGV的行駛過程中，相機得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，以確定當前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。這種AGV小車并不需要設(shè)置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計算機圖像采集，存儲和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種類型的AGV實用性越來越強。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導(dǎo)式AGV、光學(xué)引導(dǎo)式AGV等多種形式的AGV。

智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場所如下：

(1)倉儲業(yè)1954年，來自美國南卡羅來納州的MercuryMotorFreight公司成為第一批把AGV小車的應(yīng)用到倉庫的使用者，來實現(xiàn)出入庫貨物的自動處理。至今世界上有超過2100個廠家把大約2萬臺大型或小型的AGV小車應(yīng)用到自己的倉庫中。中國的海爾集團在2000年把9臺AGV小車投產(chǎn)到了自己的倉庫區(qū)，形成一個靈活的AGV自動數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少33500的儲存和裝卸貨物的任務(wù)。

(2)制造業(yè)在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中AGV小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運送任務(wù)。由多臺AGV小車組成的物流運輸處理系統(tǒng)，較人工搬運系統(tǒng)來說更靈活，運輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過程及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競爭力。在1974年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運輸系統(tǒng)的靈活性，使用以AGV小車為載運工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了20%裝配時間、減少了39%組裝錯誤，減少了57%投資資金回收時間以及減少了5%的員工費用。目前，在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾AGV小車已被廣泛應(yīng)用。近年來，作為CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystems，直譯為基于計算機的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))的基礎(chǔ)搬運工具，AGV已經(jīng)深入到機械加工，家電制造，微電子制造，煙草等行業(yè)，生產(chǎn)業(yè)和加工業(yè)已成為AGV小車使用最廣泛的領(lǐng)域。

(3)郵局、圖書館、港口碼頭和機場在郵局，圖書館，碼頭和機場候機樓等人口密集的公眾場所，存在著大量的物品的運送工作，充滿不定性和動態(tài)性強的特點，搬運過程往往也很單一。AGV有著可并行工作、自動化、智能化和處理靈活的特點，可以很好的滿足這些場合的運輸要求。1983年瑞典的大斯得哥爾摩郵局，1988年日本東京的多摩郵局，1990年中國上海的郵政相繼開始使用AGV小車來完成郵品的搬運工作。在荷蘭的鹿特丹港口，50輛被稱為“院子里的拖拉機”的AGV小車每天都在把集裝箱從船邊運送到幾百米以外的倉庫中。

(4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品

對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時應(yīng)考慮AGV小車的應(yīng)用。在全國許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應(yīng)用激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運工作。

(5)危險場所和特種行業(yè)在軍事方面，以AGV小車為基礎(chǔ)有著自動駕駛和檢測功能的設(shè)備，可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷，英國軍方正在開發(fā)MINDER偵察系統(tǒng)，這是一種具有地雷探測、銷毀和路線驗證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠，AGV小車負責爐料運輸，大大降低了工人們的勞動強度。在核電廠的核儲存地點使用AGV小車，以避免輻射的危險。AGV小車可在黑暗環(huán)境中，準確、可靠的運輸物料。

根據(jù)課題要求，確定以下方案：在現(xiàn)有的智能小車的基礎(chǔ)上，加上超聲波測距器，實現(xiàn)智能小車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量的數(shù)據(jù)傳至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所測量的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動機運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠、精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。

根據(jù)設(shè)計要求，我認為該設(shè)計屬于多輸入的復(fù)雜程序控制問題，因此我擬定了以下幾種方案，具體如下：

方案一：

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

方案二：

AVR單片機是Atmel公司1997年推出的RISC單片機。RISC(精簡指令系統(tǒng)計算機)是相對于CISC(復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機)而言的。RISC并非只是簡單地去減少指令，而是通過使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理而提高運算速度的。RISC優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令:并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運行速度。由于AVR采用了RISC的這種結(jié)構(gòu)，使AVR系列單片機都具備了1MIPS/MHz(百萬條指令每秒/兆赫茲)的高速處理能力。

方案三：

FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。

方案比較:

采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設(shè)計特點——多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關(guān)量的標準單片機，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C52單片機作為本設(shè)計的主控裝置，51單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設(shè)計也綽綽有余，更可貴的是51單片機價格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定采用一片單片機，充分利用STC89C52單片機的資源。

STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-FlashPargramabieandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

STC89C52具體介紹如下：

1.主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線

2.外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端

3.控制引腳（4根）

RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號

EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。

4.可編程輸入/輸出引腳（32根）

STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。

PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7

STC89C52主要功能如表2.1所示：

STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖2.3(a)所示，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。

外部方式的時鐘電路如圖2.3(b)所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。

如圖所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。

（a）內(nèi)部時鐘電路                     （b）外部時鐘電路

（1）復(fù)位操作

復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。

除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2.2所示

（2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生

RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。

產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖

整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。

復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。

上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2.4（a）所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。

按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖2.4（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的。

上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。

其電路如圖2.4（c）所示：

（a）上位電路                       （b）按鍵電平復(fù)位

（c）按鍵脈沖復(fù)位

采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的H型橋式電路(如圖2.5)。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。現(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N。

這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。

采用兩只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開關(guān)接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關(guān)的位置就可以很好的實現(xiàn)循跡的功能。(參考文獻[3])

采用一只紅外對管置于小車右側(cè)。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。(參考文獻[3])

本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而三輪運動系統(tǒng)具備以上特點。驅(qū)動部分：由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負擔較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。

電池的安裝：將電池放置在車體的電機前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。簡單，而三輪運動具備以上特點。

采用4支1.5V電池單電源供電，但6V的電壓太小不能同時給單片機與與電機供電。

智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對管分別裝在車體下的左右。當車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。

避障的原理和循線一樣，在車身右邊裝一個光電對管，當其檢測到障礙物時，主控芯片給出信號報警并控制車子倒退,轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。

主板設(shè)計框圖如圖3.1，所需原件清單如表3.1

小型直流電機專用驅(qū)動器，所用芯片L293屬于H橋集成電路，其輸出電流為1000mA，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅(qū)動感性負載，特別是其輸入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。當驅(qū)動小型直流電機時，可以直接控制兩路電機，并可以實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。本模塊具有體積小，控制方便的特點。采用此模塊定會使您的電機控制自如，應(yīng)對小車題目輕松自如。驅(qū)動原理圖如圖3.2。

小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙“路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷“道路”—黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法——紅外探測法。

紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，不斷地向外發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被與之相對的接收管接收；如果遇到黑色物體則紅外光被吸收，接收管接收不到紅外光。將接收管的結(jié)果送給單片機。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來進行相應(yīng)的處理。根據(jù)它的特性可以用于智能小車的尋跡或避障。紅外對管白色為發(fā)射管，長引腳為正極，接高電位。黑色為接收管，長引腳接地，短引腳接高電位.電路圖如圖3-3。

本模塊主要是對采集信號進行分析，同時給出PWM波控制電機速度，起停。以及再檢測到障礙報警等作用。其電路圖如圖

進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。

1、當單片機接收到光電開關(guān)與避障信號后，控制電機左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，實現(xiàn)循跡。

2、編制程序使單片機驅(qū)動超聲波檢測模塊檢測前方小車距離，調(diào)整后車的車速。

3、光電開關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)兩小車之間的相互通信，實現(xiàn)超車、領(lǐng)跑功能。

1、循跡轉(zhuǎn)彎設(shè)計思路

當左右兩邊光電開關(guān)都接收到檢車信號時，兩光電開關(guān)都輸出低電平，小車直行；當左右光電開關(guān)分別為接收不到信號、接收到信號時，左右光電開關(guān)分別輸出高、低電平，小車右拐；當左右光電開關(guān)分別為接收到信號、接收不到信號時，左右光電開關(guān)分別輸出低、高電平，小車左拐。

當檢測到拐彎標志時，輸出為高電平，并實現(xiàn)對標志線計數(shù)功能，作為小車起始、拐彎、超車標志，實現(xiàn)小車的起始、拐彎與超車。

1.主程序流程圖如圖所示

我們嘗試著先用STC89C52來控制小車的跑馬燈，結(jié)果實驗成功。證明單片機運轉(zhuǎn)正常。然后嘗試尋跡，結(jié)果試驗成功，小車能正常的跑動起來。這個小試驗，是為了檢測小車的機械性能。達到了我們預(yù)期目的。

主板通電前檢查：電路安裝完畢，我們首先直觀檢查電路各部分生產(chǎn)線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯。

通電檢查：給電機通電，觀察電機是否工作正常。電機正常工作時，后驅(qū)工作電流為320mA，電壓為5.4V；前驅(qū)電機工作電流為180mA，電壓為5.41V。給主板通電，觀察電路各部分器件有無異常現(xiàn)象。

主板安裝調(diào)試，在調(diào)試的過程中我們發(fā)現(xiàn)了原理圖中有一個小小的錯誤。這個錯誤導(dǎo)致小車的穩(wěn)壓芯片過熱。一起討論之后決定，修改原理圖，調(diào)換小車驅(qū)動芯片的位置。改動之后，小車電源穩(wěn)壓芯片過熱現(xiàn)象消失。小車也能實現(xiàn)了基本的功能。

在調(diào)試的過程中卻發(fā)現(xiàn)小車不停車，經(jīng)過了幾天的努力，終于發(fā)現(xiàn)了問題的所在，原來時程序設(shè)計有誤。改正后調(diào)試，終于也能實現(xiàn)了循跡功能。

本設(shè)計方案按照任務(wù)書的要求，以51單片機為控制核心，結(jié)合無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊和電機控制模塊實現(xiàn)小車的自動尋跡功能，自動避障功能，無線遙控和語音控制功能。基本完成各項指標，實現(xiàn)小車的智能化行駛。系統(tǒng)是通過軟硬結(jié)合的方式，得到硬件檢測信號后輸入單片機各個對應(yīng)的I/O接口，通過匯編程序控制過程，小車由遙控啟動后，自動尋跡，并不斷檢測遙控、避障和語音信號，只要得到其中任何一種信號都將轉(zhuǎn)入它們對應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)有效控制

由于時間不足以及客觀多方面的困難，整個小車相比任務(wù)書中的要求已經(jīng)簡化的比較多，伴隨著也出現(xiàn)多個地方的不足：不過，這些一定的不足極大激發(fā)了我的興趣，不斷改進完善小車：遙控達到以上功能外還將加入速度控制，停啟等，同時也可以加入里程計算顯示或則其他溫度、濕度、氣壓的控制檢測等多方面的功能，達到智能機器人的效果。這些也需從工作中學(xué)習實現(xiàn)，讓自己更上一個臺階。

論文完成之際，謹向xxx老師致以最誠摯的感謝,本人在做設(shè)計期間,本文的研究工作從始至終都得到了劉老師的熱心指導(dǎo)和關(guān)心，多次尋找相關(guān)資料，為我指點迷津，幫助我開拓思路。劉老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度，高度的敬業(yè)的精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時肖老師致力要求我自己獨立完成設(shè)計，培養(yǎng)我以后做事的獨立性。

持續(xù)幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，雖然不是特別完美，但它凝聚了多方的心血，作為一個專科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，同學(xué)們的支持合作，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。和他們的接觸及溝通不僅使我樹立了遠大的學(xué)術(shù)目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。在此深深的感謝劉老師，以及指導(dǎo)，關(guān)心和幫助的同學(xué)和朋友，感謝你們使得我不斷的在學(xué)習中進步，成長。

最后感謝在百忙之中抽出時間評閱論文的各位老師和學(xué)者，由于知識水平有限，錯誤在所難免，懇請各位老師批評指正。

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

基于51單片機的智能小車控制系統(tǒng).docx (2 MB, 下載次數(shù): 82)