毕业设计-智能循迹小车.docx

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1、本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库,效劳机器人等多种领域。本设计采用AT89S52单片机作为小车的控制核心；采用红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠

2、性高。关键词：单片机；自动循迹；驱动电路目录1 绪论O1.1 智能循迹小车概述O1.1.1 循迹小车的开展历程回忆O1.1.2 智能循迹分类11.1.3 智能循迹小车的应用11.2 智能循迹小车研究中的关键技术31.3 智能循迹小车设计原理31.4 智能循迹小车设计要求32智能循迹小车总体设计方案42.1 整体设计方案42.1.1 系统设计步骤42.1.2 系统根本组成42.2 整体控制方案确定52.3 的硬件设计53.1 单片机电路的设计53.1.1 单片机的功能特性描述53.1.2 晶振电路63.1.3 复位电路73.2 光电传感器模块73.2.1 传感器分布83.2.2 电机驱动电路83

3、.2.3 1.298N引脚结构93.2.4 直流电机控制原理94系统的软件设计104.1软件设计的流程105系统的总体调试H5.1 硬件的测试115.2 程序的下载125.2.1 ISP下载线的使用125.2.2 程序的烧录125.3 功能测试13结论13附录一硬件实物图13附录二C源程序13参考文献18进入二十一世纪，随着计算机技术和科学技术的不断进步，机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高，智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。1.1 智能循迹小车概述智能循迹小车又被称为AUtomatedGUidedVehicle,简称AGV,是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人

4、。智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置,可以沿设定的引导路径行驶，平安的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。AGV的另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。AGV小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外，AGV小车依靠

5、蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。1.1.1 循迹小车的开展历程回忆随着社会的不断开展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于1959年，至今己有50多年的历史，机器人技术也取得了飞速的开展和进步，现已开展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的

6、路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小车装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反应的控制系统，能适应一定的外部环境变化。第三代循迹小车是智能的，目前在研究和开展阶段，以多种外部传感器构成感官系统,通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车，能独立完成任务,有其自身的知识根底，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智

7、慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息I。1.1.2 智能循迹分类AGV从创造至今已经有50多年的历史，随着应用领域的不断扩大，其种类和形式也变得更加多样化。一般根据行驶的导航方式将智能循迹小车分为以下几种类型：(1)电磁感应式电磁感应式引导一般在地面上，沿预定路径埋电线，当高频电流通过导线，电线周围产生电磁场流动，AGV小车上安装两个对称的电磁感应传感器，他们收到的电磁信号差异可以反映的AGV偏离程度路径的程度。AGV自动化控制系统，基于这种偏差值，以控制车辆的转向，连续的动态的闭环控制设置能够保

8、证AGV对设定路径的稳定自动跟踪。在目前商业用途的AGV中，特别是大型和中型小车，绝大多数都采用电磁感应导航。(2)激光式安装有可旋转的激光扫描器的AGV,可安装在墙壁或有高反射激光定位标志的支柱上或者路径上运行，AGV依靠激光扫描器发射激光束，然后接收由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机，计算出当前车辆的位置和运动方向，通过内置的数字地图和校准位置相比，以实现自动处理。目前，这种AGV类型的应用比拟广泛。基于同样的原理，如果激光扫描仪被红外线发射器，或超声波发射取代，激光制导的AGV小车可以转变为红外引导和超声引导的AGV。(3)视觉式视觉引导式AGV是的迅速开展和比拟成熟的AGV,这种

9、AGV配备CCD摄像机，传感器和车载电脑，在车载计算机中设置有AGV欲行驶路径周围环境图像数库。在AGV的行驶过程中，相机得到的图像与图像数据库进行比拟，以确定当前位置和车辆周围的图像信息并对下一步作出决定。这种AGV小车并不需要设置任何的人工物理路径，所以在理论上具有灵活性，在计算机图像采集、存储和处理技术飞速开展的今天，这种类型的AGV实用性越来越强。此外,还有铁磁陀螺惯性引导式AGV、光学引导式AGV等多种形式的AGV2。1.1.3 智能循迹小车的应用智能循迹小车开展历史及主要应用场所如下:仓储业1954年，来自美国南卡罗来纳州的MercuryMotorFreight公司成为第一批把AG

10、V小车的应用到仓库的使用者，来实现出入库货物的自动处理。至今世界上有超过2100个厂家把大约2万台大型或小型的AGV小车应用到自己的仓库中。中国的海尔集团在2000年把9台AGV小车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的AGV自动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少33500的储存和装卸货物的任务。(2)制造业在制造业的的生产线中AGV小车大显身手，快速，精确，灵活的完成材料的运送任务。由多台AGV小车组成的物流运输处理系统，较人工搬运系统来说更灵活，运输路线可以根据生产过程及时调整，使一条生产线，生产十几个产品，大大提高了生产的灵活性，企业的竞争力。在1974年瑞典的沃尔沃卡尔马的汽车组装厂，

11、提高了运输系统的灵活性，使用以AGV小车为载运工具的装配线，采用该装配线后，减少了20%装配时间、减少了39%组装错误，减少了57%投资资金回收时间以及减少了5%的员工费用。目前，在世界主要的汽车生产厂家，如通用、丰田、克莱斯勒、群众AGV小车已被广泛应用。近年来，作为CIMS(ComuterIntegratedManufacturingSystems,直译为基于计算机的现代集成制造系统)的根底搬运工具，AGV已经深入到机械加工，家电制造，微电子制造，烟草等行业，生产业和加工业已成为AGV小车使用最广泛的领域。(3)邮局、图书馆、港口码头和机场在邮局，图书馆，码头和机场候机楼等人口密集的公众场

12、所，存在着大量的物品的运送工作，充满不定性和动态性强的特点，搬运过程往往也很单一。AGV有着可并行工作、自动化、智能化和处理灵活的特点，可以很好的满足这些场合的运输要求。1983年瑞典的大斯得哥尔摩邮局，1988年日本东京的多摩邮局，1990年中国上海的邮政相继开始使用AGV小车来完成邮品的搬运工作。(4)烟草、医药、化工、食品对于处理一些需要在清洁、平安、无排放污染等其他特殊环境要求的产品生产如烟草、制药、食品、化工等产品时应考虑AGV小车的应用。在全国许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂，应用激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。(5)危险场所和特种行业在军

13、事方面，以AGV小车为根底有着自动驾驶和检测功能的设备，可用于战场侦察和扫雷，英国军方正在开发MlNDER侦察系统，这是一种具有地雷探测、销毁和路线验证能力自动型侦察车。在钢铁厂，AGV小车负责炉料运输，大大降低了工人们的劳动强度。在核电厂的核储存地点使用AGV小车，以防止辐射的危险。AGV小车可在黑暗环境中，准确、可靠的运输物料3。1.2 智能循迹小车研究中的关键技术现在全世界越来越多的国家都在做着研究智能化、多样化的自动汽车导航的工作。自动汽车导航是一个非常复杂的系统，它不仅应具有正常的运动功能的成分，而且还应具有任务分析，路径规划，信息感知，自主决策等类似人类的智能行为。人类可以利用自己

14、的听觉、视觉、味觉、触觉等功能获取事物的信息，人类的大脑再根据已经掌握的知识对这些信息进行综合分析，从而全面了解认知事物。这样一个认识事物、分析事物和处理信息的过程称之为信息融合过程。多传感器信息融合的根本原理就是模仿人类大脑的这个过程，得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。多传感器信息融合是协调多个分布在不同地点，相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定性，得到对物体或环境的一致性描述的过程、多传感器信息融合具有许多性能上的优点：（1）增加了系统的生存能力；（2）减少了信息的模糊性；（3）扩展了采集数据覆盖范围；

15、（4）增加了可信度；（5）改善了探测性能；（6）提高了空间的分辨力；（7）改善了系统的可靠性（8）信息的低本钱性5。1.3 智能循迹小车设计原理这里的循迹是指小车在白色地板上循白、黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体外表具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线那么红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。1.4 智能循迹小车设

16、计要求（1）自动寻迹小车从平安区域启动。（2）小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退等功能。2智能循迹小车总体设计方案2.1整体设计方案本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路经，然后由AT89S52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。2.1.1系统设计步骤图2.1智能循迹小车控制系统结构框图智能循迹小车主要由AT89S52单片机电路、循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。(1)单片机电路：采用AT89S5