机械5

摘要 智能小车在自动化生产线、仓库管理、机器人服务、环境监测、航空航天等领域有广泛的应用。本文介绍了一款集自动寻迹、障碍物监测、障碍物清除等功能于一体的智能小车。智能小车采用AT89S52单片机为系统控制核心，利用反射式光电传感器检测识别黑线，通过比较器反馈高低电平信号给单片机，从而控制直流电机的运动，实现寻迹功能。安装于车体前端的点触开关实时监测黑线上的障碍物，一旦触发开关，拉低所接单片机I/O口，触发外部中断，从而控制机械手夹持障碍物，配合小车运动，达到清除障碍物的目的。本课题研制的智能小车样机实验证明了本文叙述的技术方案的有效性和正确性，可以为今后全国及省内电子大赛提供宝贵的经验。 关键词单片机；传感器；循迹；清障； Abstract I
ntellige
nt car has bee
n widely used i
n automated productio
n li
nes, warehouse ma
nageme
nt, robotics services,e
nviro
nme
ntal mo
nitori
ng, aerospace a
nd other fields.This paper i
ntroduces a i
ntellige
nt car, with the fu
nctio
ns of automatic drivi
ng, barriers mo
nitori
ng a
nd barriers removi
ng . The i
ntellige
nt car use AT89S52 SCM as co
ntrol core. By usi
ng reflective photoelectric se
nsor to detect the i
nformatio
n of black track,the i
ntellige
nt car acquires the i
nformatio
n a
nd se
nds them to the MCU to co
ntrol the moveme
nts of the DC electric motors for traci
ng fu
nctio
n. Poi
nt-touch switch i
nstalled at the fro
nt of the car mo
nitor barriers o
n the black li
ne everytime. O
nce the trigger switch, the sig
nals of I/O trigger exter
nal i
nterruptio
n to achieve the purpose of remove barriers.The test shows that the i
ntellige
nt vehicle desig
n is the effective
ness a
nd correct
ness.Co
nseque
ntly,the issue ca
n provide i
nvaluable experie
nce for the electro
nic competitio
n of the
natio
nal a
nd provi
ncial. Keywords SCM se
nsor track fi
ndi
ng barriers removi
ng 目录 摘要I Abstract II 第1章绪论1 1.1智能化小车发展现状与趋势1 1.1.1课题背景1 1.1.2移动式机器人在国内外研究现状2 1.2研究的目的和意义2 1.3研究的内容2 第2章智能清障小车系统4 2.1系统总体方案4 2.2系统方案论证4 2.2.1车体方案论证4 2.2.2小车结构方案论证5 2.2.3障碍物清理单元方案论证5 2.2.4控制器方案论证6 2.2.5供电单元方案论证6 2.2.6障碍物识别单元方案论证7 2.2.7运动单元方案论证8 2.2.8循迹单元方案论证9 2.3系统最终方案10 第3章智能清障小车硬件设计12 3.1系统硬件电路介绍12 3.2障碍物监测模块介绍12 3.3障碍物清理模块介绍13 3.3.1机械手介绍13 3.3.2机械手控制电路介绍13 3.4单片机最小系统介绍15 3.4.1 AT89S52单片机简介16 3.4.2单片机使用资源规划17 3.5供电模块介绍17 3.6寻迹模块介绍17 3.7直流电机驱动模块介绍19 第4章智能清障小车软件部分22 4.1软件开发平台22 4.2软件开发调试23 4.2.1舵机工作程序仿真23 4.2.2直流电机工作程序仿真24 4.3系统软件流程25 4.4寻迹软件流程27 4.5障碍物检测及清理软件流程28 第5章系统测试30 5.1测试场景介绍30 5.2实际测试过程30 5.3测试结果分析32 结论33 致谢34 参考文献35 附录I 36 附录II 37 第1章绪论 1.1智能化小车发展现状与趋势 1.1.1课题背景 肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号分别于2004年1月3日和1月24日在火星不同区域着陆，并于2004年4月5日和2004年4月26日相继通过所有“考核标准”。美国宇航局的孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。美国宇航局科学家和工程师先设立了一系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否能成功的依据。按照规定，每辆火星车都需要至少工作90个火星日(约地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。“勇气”号是迄今美国发射的最尖端的火星探测装置，其顶部的桅杆式结构上装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计。火星车能够在火星上自主行驶，当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径[1]。 类似火星车，以轮子作为移动机构，能够实现自主行驶的机器人，我们称之为智能小车，又称轮式机器人。 智能小车是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的智能轮式机器人，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。智能小车作为现代高科技的产物，是21世纪的科技亮点之一。智能小车技术的发展，应该说它是科学技术发展的一个综合性结果。同时，它为社会经济发展产生了一门有着重大影响的科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战后各国加强了经济的投入，而对轮式机器人的研究成果又提高了本国的经济的发展水平。比如说日本战后开始进行汽车工业，这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低劳动成本，这是社会发展本身的一个需求。另一方面它也是生产力发展的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人类在不断探讨自然、认识自然、改造自然过程中，需求一种能够解放人的自动化装置。那么这种自动化装置就是代替人们能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达到的世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样好的想法，它也归功于电子技术，计算机技术及制造技术等相关技术的发展提供额强大技术保证[2]。 目前，许多国家已经把智能小车方面的比赛作为创新教育的战略性手段。智能小车涉及到多个学科，如：电工、机械、自动控制、人工智能、传感技术等，是众多领域中的高科技。智能小车比赛是一种高科技对抗活动，各国专家学者通过这项竞赛，不断推进了轮式机器人方面的研究，通过不断改进轮式机器人寻址速度和算法研究，试图让轮式机器人更接近智能化，它集高科技、娱乐和竞赛于一体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了轮式机器人的研究热潮。 1.1.2智能化小车在国内研究现状 我国智能化小车研究主要有：1)以MCS-51单片机为控制核心，结合多种传感器实现寻迹、测速、避障、清障等功能[3]；2)基于FPGA的智能小车系统，即本地计算机通过接入I
nter
net小车实现对远端工作现场、危险环境地段等特殊环境进行监视和控制的系统，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务[4]；3)以Freesealel6位单片机MC9S12DGl28作为系统控制处理器，基于CCD传感器采集视频图像，通过对获得的图像进行处理分析，获得道路信息提取赛道黑线，并结合测速反馈实现对小车的闭环反馈控制，后轮驱动电机控制模块采用了模煳PID控制算法，充分