長沙航空職業技術學院
專案六題目智慧型小車
組別第三組
學生姓名 ***************************
指導老師 ******xx
時間 2023年8月6日
課題的主要任務是設計並製作一輛智慧型小車，要求實現小車的語音控制、循線行走、避免撞到障礙物三大功能。設計以c8051f120微控制器為控制核心，應用光電感測器和超聲波感測器，成功實現了小車的三大功能。課題完成了光電感測器和超聲波感測器的選擇、採購、各感測器的介面電路設計和製作，以及各感測器和電路的安裝位置和方式的安排，並完成了整個硬體的製作工作。
此外，對整個控制軟體進行設計和程式的編制以及程式的除錯，並最終完成軟體和硬體的融合，實現小車的預期功能。
關鍵字：智慧型循跡超聲波避障探測金屬檢測光源
摘要 2
第1章概述 4
第2章總體設計方案 6
1.1 系統原理組成框圖 6
第3章設計方案論證 7
2.1 循跡模組方案 7
2.2 避障模組方案 8
2.3 電機驅動模組方案 9
2.4 檢測光源模組方案 10
2.5 探測金屬模組方案 10
2.6 測速模組方案 10
2.7 主控模組方案 11
第4章小車部分單元硬體設計 12
3.1 開關電源設計 12
3.2 循跡模組設計 13
3.3 超聲波避障設計 14
第5章小車軟體設計 15
5.1 系統軟體設計說明 16
5.2 軟體總體設計流程圖 16
總結 18
致謝 19
附錄1原理圖 21
附錄2 pcb圖 22
附錄3 成品圖 23
自第一台工業機械人誕生以來，機械人的發展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機械人的智慧型水平不斷提高，並且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷**、改造、認識自然的過程中，製造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。
隨著科學技術的發展，機械人的感覺感測器種類越來越多，其中視覺感測器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領域為自主式智慧型導航系統，對於視覺的各種技術而言影象處理技術已相當發達，而基於影象的理解技術還很落後，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結構化環境簡單的目標。視覺感測器的核心器件是攝像管或ccd，目前的ccd已能做到自動聚焦。
但ccd感測器的**、體積和使用方式上並不佔優勢，因此在不要求清晰影象只需要粗略感覺的系統中考慮使用接近覺感測器是一種實用有效的方法。
機械人要實現自動導引功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物，感知導引線相當給機械人乙個視覺功能。避障控制系統是基於自動導引小車（**g—auto-guide vehicle）系統，基於它的智慧型小車實現自動識別路線，判斷並自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用感測器感知路線和障礙並作出判斷和相應的執行動作。
該智慧型小車可以作為機械人的典型代表。它可以分為三大組成部分：感測器檢測部分、執行部分、cpu。
機械人要實現自動避障功能，還可以擴充套件循跡等功能，感知導引線和障礙物。可以實現小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，並檢測到障礙物自動躲避。基於上述要求，感測檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的影象，只要求粗略感知即可，所以可以捨棄昂貴的ccd感測器而考慮使用價廉物美的紅外反射式感測器來充當。
智慧型小車的執行部分，是由直流電機來充當的，主要控制小車的行進方向和速度。微控制器驅動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用微控制器資源，直接選擇有pwm功能的微控制器，這樣可以實現精確調速；第二，可以由軟體模擬pwm輸出調製，需要占用微控制器資源，難以精確調速，但微控制器型號的選擇餘地較大。
考慮到實際情況，本文選擇第二種方案。cpu使用c8051f120，配合軟體程式設計實現。
現智慧型小車發展很快，從智慧型玩具到其它各行業都有實質成果。其基本可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節的電子設計大賽智慧型小車又在向聲控系統發展。比較出名的飛思卡爾智慧型小車更是走在前列。
我此次的設計主要實現循跡避障這兩個功能。
圖1.1 系統原理組成框圖
系統組成原理是：本系統首先通過循跡模組實時檢測地面路線並實時傳送到主控模組。在尋跡的同時，實時檢測路線上的鐵片，記錄鐵片的數目以及檢測到時聲光報警。
光源模組實時檢測燈泡光照，檢測到的資料到主控模組進行處理。通過超聲波避障模組（即測距）實時監測路面情況並及時傳輸到微控制器。電機驅動模組驅動四個電機轉動，實現小車前進與停止。
感測測速模組檢測行駛的速度。而液晶顯示模組，顯示行駛時間、鐵片的數目、小車行駛狀態以及行駛的速度。
方案一：採用簡易光電感測器結合外圍電路探測，但實際效果並不理想，對行駛過程中的穩定性要求很高，且誤測機率大、易受光線環境和路面介質影響。在使用過程中極易出現問題，而且容易因為該部件造成整個系統的不穩定。
方案二：把兩隻反射型光電管分別排列在黑色軌跡的兩側，根據其接收反射光的多少輸出高低電平來控制小車的轉向，以達到循跡的目的。但是在調式中，如果兩隻開關的距離很小，則以約束了小車的速度來達到檢測軌跡的目的，如果兩隻開關的距離太大，則同時傳來同一電平訊號的機率很大，容易使小車的行駛路線偏離軌道，達不到循跡的目的。
方案三：採用光敏電阻當成光循跡探測器。光敏電阻的阻值隨周圍環境光線的強弱而改變。
當光線照射到白線時，光線發射大阻值增加，光線照射到黑線時，光線發射偏弱阻值減少。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會有明顯的差別，根據阻值的變化值通過比較器電路輸出高低電平。調節電位器改變比較器電路的基準電壓可以檢測更穩定，靈敏度更高。
綜上，我們選擇方案三。
方案一：採用紅外對管置於小車**。其安裝容易，也可以檢測障礙物的存在，但難以起到小車在水平方向是否會與障礙物相撞，也不易使小車做出精確的轉向反應。而且極易受外界干擾，靈敏度低。
方案二：採用兩隻紅外對管分別置於小車的前端兩測，方向與小車前進平行，對小車與障礙物相對距離和方位能做出較為準確的判別和及時。但此時過於依賴硬體、成本高、缺乏創造性，而且置於小車左方的紅外對管用到的機率很小。
方案三：採用超聲波避障。超聲波模組可以測量小車與障礙物的距離，利用這一點我們可以使避障。
超聲波檢測到的資料傳送給微控制器進行比較處理，當實測距離小於設定值時開始轉向。超聲波指向性強，能量消耗緩慢，穩定性好，操作方便。而且能有效的判斷障礙物的方位。
綜上，我們選擇方案三。
方案一：採用繼電器對電機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調整，此方案的優點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢，易損壞，壽命較短，可靠性不高。
方案二：採用電阻網路或數字電位器調節電動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網路只能實現有級調速，而數字電阻的元器件**比較昂貴。
更主要的問題在於一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅會降低效率，而且實現很困難。
方案三：採用由四個大功率達林頓管組成h橋式電路的l293整合晶元。電路結構和原理簡單，加速能力強。
效率非常高，採用pwm調速可以實現轉速和方向的控制，穩定性強可以實現頻繁的無級快速啟動和制動以及反轉。
綜上，我們採用方案三。
本體要求小車在光源引導下，進入車庫。光源檢測模組的功能主要是引導小車朝光源行駛。
方案一：採用紅外溫度感應器件。因此可較為準確地尋找不遠處的200w白熾燈光源。但是如此一來，電路實現較為複雜，而且干擾大，尤其是在白天。
方案二：採用多組光敏電阻陣列。對每個光敏電阻狀態進行編碼，由此確定小車的轉向。每組編碼不一樣，可以減少干擾，操作性好，準確度高。
綜上，我們選擇方案三。
方案一：採用接近開關探測。該感測器是一種整合元件，具有穩定性好、外圍電路簡單、探測範圍符合要求，而且不受介質影響的優點，並具有led指示。
可直接與微控制器i/o口相連，資料傳輸穩定，設計程式簡單。
方案二：採用普通金屬探測器，其靈敏度較差，產生誤差比較大，耗電量高，可檢測面積小，探測範圍不符合題目發揮部分。
綜上，我們選擇了方案一。
方案一：光電測速感測器。感測器開孔圓盤的轉軸與轉軸相連線，光源的光通過開孔盤的孔和縫隙反射到光敏元件上，開孔盤隨旋轉體轉一周，光敏原件上照到光的次數等於盤上的開孔數，從面測出旋轉體旋轉速度。
靈敏度較高，但容易受外界光源影響。
方案二：利用霍爾開關元件側轉速，內部具有穩壓電路、霍爾電勢發生器、飯大器、施密特觸發器和輸出電路，其輸出電平和ttl電平相容。在待測旋轉體的轉軸上裝上乙個圓盤，在圓盤上裝上若干對小磁鋼，小磁鋼愈多解析度越高，霍爾開關固定在小磁鋼附近，當旋轉體以角速度m旋轉時，每當乙個小磁鋼轉過霍爾開關，霍爾開關使輸出乙個脈衝，計算出單位時間的脈衝數，即可確定旋轉體的速度。
靈敏度高，體積小，安裝電路簡單，使用方便。
基於微控制器的智慧型泊車系統設計方案
摘要 乙個有效的智慧型泊車系統，不僅能幫助駕駛者快速 安全地完成泊車操作，從而減輕駕駛員負擔，減少交通事故，而且能夠有效提高汽車的智慧型化程度，增加汽車的附加值，從而帶來巨大的經濟效益。使用at89c52微控制器作為小車的主控制器，在該控制器基礎上，新增了光電避障電路 測速電路 光源引導電路和電機驅...
基於微控制器溫測系統
1 wire 網路具有嚴謹的控制結構，其結構如圖2.8所示，一般通過雙絞線與 1 wire 元件進行資料通訊，它們通常被定義為漏極開路端點，主 從式多點結構，而且一般都在主機端接上乙個上拉電阻 5v 電源。通常為了給 1 wire 裝置提供足夠的電源，需要乙個 mosfet 管將 1 wire 匯流...
微控制器控制智慧型小車設計製作
任務書在加工製造業，工業機械人被廣泛應用於生產流水線作業，實現各種零部件加工 裝配過程。本題以乙個簡單的機械人作業過程綜合考察參賽選手對製造工藝流程管理及自動配給 裝配技術的理解，並著重考察運動控制方面的能力。1 任務 設計一小車，使小車能將車上的桌球精準的放到導軌的孔洞裡。軌道的結構 中間有六個孔...