智能探路車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘要隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟與進(jìn)展，智能化設(shè)笛取得了愈來(lái)愈普遍的應(yīng)用，專門是在工業(yè)領(lǐng)域，智能化設(shè)備已經(jīng)起到了主導(dǎo)性作用。論文主要設(shè)計(jì)一款智能探路車系統(tǒng)。該系統(tǒng)會(huì)使小車沿著特定的黑線循跡，利用搭建的智能探路小車進(jìn)行循跡實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)主要采用AT89S52芯片,AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。只用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)8051產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89s52為眾多單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)提

2、供高靈活、超級(jí)有效的解決方案。論文采用AT89S52單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使得智能探路小車實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右轉(zhuǎn)向，小車前輪利用的是萬(wàn)向輪，使得小車能夠通過驅(qū)動(dòng)后輪能夠達(dá)到轉(zhuǎn)向的功能。關(guān)鍵字：AT89S52,智能探路小車，電機(jī)驅(qū)動(dòng)目錄摘要11緒論32智能探路小車的介紹5智能探路小車的功能特點(diǎn)5帶減速機(jī)構(gòu)密閉齒輪箱直流電機(jī)5萬(wàn)向輪5電源部份5電源接口部份5電機(jī)接口62. 6.1直流電機(jī)接口63. 6.2恒速電機(jī)接口64. 643步進(jìn)電機(jī)接口6傳感器63方案設(shè)計(jì)8設(shè)計(jì)要求8硬件設(shè)計(jì)83.2.1電機(jī)選擇83.2.2循跡設(shè)計(jì)8軟件設(shè)計(jì)103.3.1軟件設(shè)計(jì)方案io3.3.2軟件設(shè)計(jì)思路io應(yīng)用軟件1

3、04進(jìn)程設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)目的11設(shè)計(jì)進(jìn)程11流程圖分析12致謝111緒論自第一臺(tái)工業(yè)智能機(jī)械以來(lái)，智能的進(jìn)展己經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。最近幾年來(lái)智能機(jī)械的水平不斷提高，而且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、熟悉自然的進(jìn)程中，制造能替代人勞動(dòng)的智能機(jī)械一直是人類的夢(mèng)想。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，機(jī)械人的感覺傳感器種類愈來(lái)愈多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件，視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各類技術(shù)而言圖像處置技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很掉隊(duì)，及其視覺需要通過大量的運(yùn)算也成為智能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心

4、器件是攝像管或CCD,目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器價(jià)錢、體積和利用方式上并非占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清楚圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮利用接近傳感器是一種實(shí)用有效的方式。該智能探路小車能夠作為智能機(jī)械的典型代表。它能夠分為三大組成部份：傳感器檢測(cè)部份、執(zhí)行部份、CPU,智能探路小車要實(shí)現(xiàn)循跡功能，感知引導(dǎo)線，能夠?qū)崿F(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別線路，選擇正確的行進(jìn)線路?；谏鲜鲆?，傳感器檢測(cè)部份考慮到小車一般不需要感知清楚的圖像，只要求粗略感知即可，所以能夠舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮利用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來(lái)充當(dāng)，智能小車的執(zhí)行部份，是由直流電機(jī)來(lái)充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度，單

5、片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案，：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，如此能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)速，第二，能夠由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精準(zhǔn)調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大。CPU利用AT89s52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。2智能探路小車的介紹智能探路小車的功能特點(diǎn)1）控制器采用主板+核心板架構(gòu)。2）主板中間可搭載相配套的控制器模塊。3）板上帶有16個(gè)傳感器接口，其中有8個(gè)接口能夠兼容模擬信號(hào)的輸入；另外還有四個(gè)直流減速電機(jī)接口；一個(gè)1602液晶屏接口；兩個(gè)恒速電機(jī)接口；兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)接口（預(yù)留）；兩個(gè)RS232串口等。4）系統(tǒng)配套提供AT89s52核心板。也

6、能夠改換為ARM7核心板，AVR核心板。5）提供1500mAH銀氫電池組及電源充電器。帶減速機(jī)構(gòu)密閉齒輪箱直流電機(jī)帶減速機(jī)構(gòu)密閉齒輪箱直流電機(jī)，DC9V輸入，200轉(zhuǎn)/分鐘；直流電動(dòng)機(jī)固定在標(biāo)準(zhǔn)L型支架上，安裝有外徑72mm的橡膠車輪。萬(wàn)向輪標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)向輪，用于輪式移動(dòng)智能機(jī)械小車支撐和隨動(dòng)，鐵制材料表而鍍鋅處置，塑料輪體，頂蓋安裝孔的距離為53*36*24。電源部份電源部份采用的是銀氫電池組，7節(jié)充電電池連接，最大輸出電流為1A,為主板提供動(dòng)力源。電源接口部份用銀氫電池組為其供電，通過兩片LM7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行分頻，別離有兩種電壓值輸出為5V,12V。從而知足系統(tǒng)板供電要求。電機(jī)接口1.1.1

7、 1直流電機(jī)接口板載的四路直流電機(jī)接口，用于給小車提供足夠的動(dòng)力來(lái)源。采用兩片L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每一片L298N都可驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)。L298N內(nèi)部包括4通道路驅(qū)動(dòng)電路。能夠方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V,能夠直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；能夠直接用單片機(jī)的10口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單,利用比較方便。1.1.2 恒速電機(jī)接口板載兩路恒速電機(jī)接口，可用于外接小型直流電機(jī)。1.1.3 步進(jìn)電機(jī)接口主板預(yù)留步進(jìn)電機(jī)接口，可外接兩路步進(jìn)電機(jī)，用于完成控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。傳感

8、器傳感器分為光電傳感器和紅別傳感器。光電傳感器是由一組紅外發(fā)射和接收器組成，能用來(lái)檢測(cè)物體表面的反射率，對(duì)不同顏色的表面進(jìn)行檢測(cè)，完成檢測(cè)的功能。光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情形下，有三部份組成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光速，發(fā)射的光速一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不中斷地發(fā)射，或改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)有該信號(hào)。另外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光

9、導(dǎo)纖維。把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射式）光電開關(guān)。正常情形下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器若是收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。接近傳感器的輸出是0和1的高低電平轉(zhuǎn)變，其接口方式為3P,在主板上或是傳感器轉(zhuǎn)接板上都有3P接口，利用其中任意一個(gè)接口都可。紅別傳感器，也就是遠(yuǎn)距離探測(cè)傳感器，檢測(cè)前方是不是有物體,紅外距離探測(cè)器探測(cè)距離1050cm,標(biāo)準(zhǔn)3P接口，檢測(cè)前方有物體時(shí)輸出電平為0,無(wú)物體時(shí)輸出電平為1。3方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求1 .自動(dòng)智能探路小

10、車從安全區(qū)域啟動(dòng)。2 .小車按指定線路運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退等功能，在軌道上畫出設(shè)定的地圖。硬件設(shè)計(jì)關(guān)于小車探索道路，咱們?cè)O(shè)計(jì)了幾套方案，其中包括小車采用直流電機(jī)仍是步進(jìn)電機(jī)，采用光電傳感器仍是紅別傳感器，這將對(duì)咱們實(shí)驗(yàn)是不是成功有專門大的影響。3. 2.1電機(jī)選擇電機(jī)分為直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。咱們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采用的是直流電機(jī)，由于直流電機(jī)只需通過控制PWM輸出的形式，即能夠控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行，用延時(shí)即能夠控制小車的轉(zhuǎn)彎幅度大??；而步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移或線位移的開環(huán)控制元件，在非超載的情形下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈

11、沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)。相對(duì)而言，直流電機(jī)比較容易控制，所以咱們采用的直流電機(jī)作為智能小車動(dòng)力源。4. 2.2循跡設(shè)計(jì)這里的循跡是指智能探路小車在白色地板上，循著黑線行走，通常采取的方式是以下三種方案。方案1:用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的組織能夠跟從周圍環(huán)境光線的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)反生明顯的轉(zhuǎn)變。將阻值的轉(zhuǎn)變值通過比較器就可以夠輸出高低電平。但這種方案受光照影響大，不能穩(wěn)固工作。因此我考慮其他更穩(wěn)固的方案。方案2：用單光束反射式紅外光電傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，紅外同意管接收到反

12、射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。外部環(huán)境對(duì)其有必然的影響。方案3：用RPR220型光電傳感器。RPR220是一種一體化發(fā)射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)碎化像紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點(diǎn)：a）塑料透鏡能夠提高靈敏度。b）內(nèi)置可見光過濾器能減少離散光的影響。c）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。d）當(dāng)發(fā)射二極管發(fā)出的光線反射活來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)固。雖然第三方案最好，但由于不容易買到，所以選擇了第二方案。軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)光電傳感器室安裝在智能探路

13、小車的車體前端，檢測(cè)軌跡，使車體按固定軌跡前行。3.3.1軟件設(shè)計(jì)方案軟件設(shè)計(jì)方案也有兩種：一種為軌跡在兩個(gè)光電傳感器之間，另一種為軌跡寬度相對(duì)兩個(gè)傳感器之間的距離寬，雖然看似這兩種方案大不相同，其實(shí)兩種方案只要修改一下轉(zhuǎn)向就可以夠?qū)崿F(xiàn)相同的功能了，咱們?cè)谶@里利用第一種方案，就是軌跡是在兩個(gè)光電傳感器之間的。3.3.2軟件設(shè)計(jì)思路若是智能探路小車是沿著黑道行走，軌道在兩個(gè)光電傳感器之間的話，那么只要判斷兩個(gè)傳感器哪個(gè)檢測(cè)到有黑道，若是左端的傳感器檢測(cè)到有黑道，那么向左拐，若是右端的傳感器檢測(cè)到有黑道的話,智能探路小車向右拐。應(yīng)用軟件咱們這次編寫程序利用的是KeilC51軟件。KeilC51uV

14、ision2集成開發(fā)環(huán)境是KeilSoftwareInc/KeilElektronikGmbH開發(fā)的基于80c51內(nèi)核的微處置器軟件開發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，能夠完成從工程成立和管理、編譯連接目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且能夠附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)超級(jí)理想。4進(jìn)程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的隨著社會(huì)的進(jìn)步和進(jìn)展，機(jī)械世界已經(jīng)融入了咱們的生活，而智能探路小車探路為咱們也能夠帶來(lái)不小的幫忙，比如，飛船上天的時(shí)候就可以夠由智能探路小車沿著線路去點(diǎn)火，不用人們冒著危險(xiǎn)去工作，而且一些工廠能夠由機(jī)械人自

15、己沿著線路拉送貨物，人們只需在起點(diǎn)或終點(diǎn)接應(yīng)就可以夠了，不需要花費(fèi)大量的人力，能夠創(chuàng)造更多的利潤(rùn)等等。設(shè)計(jì)進(jìn)程由軟件設(shè)計(jì)思路，我制出了流程圖，能夠大致反映智能探路小車是如何執(zhí)行的。由于智能探路小車前輪為萬(wàn)向輪，所以智能探路小車在驅(qū)動(dòng)整個(gè)小車前進(jìn)時(shí)，只需要控制后輪的左右轉(zhuǎn)向就可以控制整個(gè)智能探路小車的轉(zhuǎn)向，這就萬(wàn)向輪的益處，所以小車只利用了個(gè)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用一片L298X（電機(jī)驅(qū)動(dòng)）及74LS04（6組反向器），L298N內(nèi)部包括4通道路基驅(qū)動(dòng)電路。能夠方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V,能夠直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓;能夠直接用單片機(jī)的10口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，利用比

16、較方便。流程圖分析如圖所示，當(dāng)按下開關(guān)后，智能探路小車先直走前進(jìn)，這與DIRO與DIR1有關(guān)系，當(dāng)二者都為0的時(shí)候?yàn)榍斑M(jìn)，當(dāng)二者都為1的時(shí)候表示后退，DIR1為左輪，DIRO為右輪。若DIROR且DIR1=1時(shí)表示左轉(zhuǎn)，賦值相反則表示右轉(zhuǎn)。咱們?cè)O(shè)置的線路是在兩個(gè)傳感器之間的，那時(shí)的設(shè)計(jì)思路就是若是左傳感器檢測(cè)到黑線，說(shuō)明小車行走偏右，所以應(yīng)該向左拐，若是右傳感器檢測(cè)到黑線，就讓小車往左拐，至于拐彎的大小和幅度一般和小車的延時(shí)程序有關(guān)系，我一般用的是延時(shí)100ms,那個(gè)對(duì)于彎的大小也有好的控制。另外程序里面涉及的PWO.PW1也能夠控制智能探路小車的轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)和停止?？墒撬麄兊脑碛行┎灰粯樱琍

17、WMO、PW1是小車的使能，若是要想使小車前進(jìn)，就把PWMO、PWM1都置為1,要想讓小車往右拐，能夠把小車右輪PWM0置為0,左輪PWM1置為1,其效果就是右輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左輪繼續(xù)前進(jìn)，和DIR實(shí)現(xiàn)的功能是一樣的，可是效果是不一樣的。另外PWM還有一個(gè)比DIR更好的一方面是小車能夠停止，只要把PWMO、PWM1都置為0,小車就會(huì)停止不動(dòng)了。開始圖流程圖對(duì)流程圖加以分析，編寫了程序:voidmain()while(1)DIRO=O;DIR1=O;.2概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社.北京.20092李正軍.運(yùn)算機(jī)控制系統(tǒng)：機(jī)械工業(yè)出版社.北京.20053李朝青.單片機(jī)&DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊(cè).北京航空航天大學(xué)出版社.北京.20024祁偉.楊婷.單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)教程與實(shí)驗(yàn).航空航天出版社.北京.20065文艷，譚鴻.Protel99SE電子電路設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.北京.20066李曉峰.無(wú)線電雜志.盛通印刷股分有限公司.北京.2004致謝通過咱們的一路盡力，咱們的電子設(shè)計(jì)作品也完成了。在此我第一得感激咱們的列位講課老師，我今天所能做出的功效都是他們孜孜不倦的結(jié)果，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度將使咱們終身受益，第二我得感激咱們的指導(dǎo)老師，他不但給咱們進(jìn)實(shí)驗(yàn)室制作學(xué)習(xí)的機(jī)緣，還能在百忙當(dāng)中抽出時(shí)刻來(lái)指導(dǎo)咱們的作品，為咱們的設(shè)