毕业设计基于单片机的机器人小车控制系统设计.doc

基于单片机的机器人小车 控制系统设计系 别：机电与自动化学院专 业 班：电气工程及其自动化0801班姓 名： 学 号：20081131022指导教师： 2012年5月基于单片机的机器人小车控制系统设计 The Design of Robot Car ControlSystem Based on MCU摘 要在社会迅速发展的今天，单片机的应用已经深入到生活的每个角落，也似乎很难找到哪个角落没有单片机的足迹。智能仪表，医疗器械，导弹的导航装置，智能监控，通讯与数据传输，工业自动化过程的实时监控和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，汽车的安全保障系统，数码相机，电视机，全自动洗衣机的控制，电话机以及程控玩具、电子宠物等，这些都离不开单片机。所以单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展，经济的繁荣和提高满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。本设计采用单片机作为小车的检测和控制核心。加以直流电机、光电传感器、动态扫描显示电路和电源电路以及其他电路构成。系统由单片机通过I/O口控制小车的前进、倒退、以及转向，电动小车寻迹通过RPR220型光电管实现。避障采用超声波传感器和反射式红外传感器检测物体，通过调整传感器与物体之间的距离以及传感器的安装位置，能够实现精确的检测。基于这些完备的可靠的硬件设计，能够实现小车的精确控制。本设计以单片机为内核作为数据处理和输出控制单元，通过传感器采集信号经单片机分析处理后控制电机运转，来实现小车的运行，并将速度实时数码显示出来，并且可通过按键来调节速度的快慢。关键词: 单片机 直流电机 避障 反射式红外传感器 AbstractIn the rapid development of the society today, single chip microcomputer application has been deeply into every corner of the life, and it also appears that it is too difficult to find the place where without its footprints Intelligent instrument, medical equipment, missile navigation devices, intelligent control, communication and data transmission, industrial automation process real-time monitoring and data processing, the extensive use of all kinds of intelligent IC card, car safety guarantee system, digital camera, TV set, automatic washing machine's control, the telephone and SPC toys, electronic pets and so on, which cannot without of the microcontroller. So it plays a vital role on studying about the single chip microcomputer which would be good for the development of modern society and the prosperity of economy, at the same time ,meeting the human for the growing material.This design takes the MCU as the car detection and Control Unit. Making up of DC motor, photoelectric sensors, dynamic scanning display circuit and power circuit and other circuit to form. The system is controlled by MCU and makes the car move forward, backward and steering, electric car tracing through the RPR220 type phototubes realized. Obstacle avoidance sensors and the ultrasonic reflecting type infrared sensor detection objects, by adjusting the sensor and the distance between the object and the installation position of sensor, can achieve precise detection. Based on these completed and reliable hardware design, It will be able to control the car accurately.The design takes the key of MCU as data processing and output control unit. To make the car run through the sensors collecting signal which analysis by the SCM to control motor run. It will display the speed really from the digital, and adjust the speed by the button.Key words: Microcontroller DC motor Obstacle avoidance Reflective infrared sensor目 录摘要IAbstractII目录III绪论11 设计方案31.1 总体设计31.2 单片机控制模块31.2.1 主控模块41.2.2 复位电路61.2.3 时钟电路61.2.4 显示模块61.3 电源的选择72 硬件设计72.1 电机的驱动模块72.2 避障模块82.3 驱动电路92.4 红外对管寻迹模块102.4.1 红外线寻迹的原理102.4.2 红外线模块的安装112.5 无线遥控模块122.5.1 无线遥控工作原理122.5.2 PT2262/2272 芯片132.6 伺服电机驱动模块143 软件设计173.1 总体软件设计173.2 小车循迹173.3 小车避障20结论25致谢26参考文献27附录1总体电路图28绪 论智能化是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代工程中人的部分脑力劳动。目前人工智能的出现和发展，促进了自动控制系统向更高层次即智能控制的发展。智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其自身目标的过程是用机器模拟人类智能的一个重要领域。智能控制技术包括智能控制技术，模糊控制技术，专家控制技术，机器学习技术。智能机器人技术是机械电子,计算机,自动控制技术等多学科技术发展的结晶。其应用和发展将对人类21世纪的社会发展,经济发展,科技发展，生产力发展产生深远的影响。智能机器人是一个复杂而庞大系统,必须配备各种传感器,以便获得周围环境的必要信息,提供给智能机器人的智能控制系统进行决策和执行。其研究重点开始转向具有感觉环境模型,自导的智能机器人。视觉技术和多传感器组合技术都是研究的重点。回顾以前的成果，从1977年到1987年Apple公司重点研究轻型装配机器人,采用直流驱动和人工视觉等新技术,特点是高精度,高速度,高柔性,强视觉等。今天，中国“智水型”机器人和中国“月球车”的研制成功，它代表着人工智能控制技术的进一步发展，今后智能控制技术领域仍然处于科技研究领域的热点问题。本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；无线遥控功能。作品既可以对高端智能化进行剖析，也可以作为高级智能玩具发展对象，同时可成为大学生学习嵌入式控制系统的应用实例。作品以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元89S52单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用高电压，高电流，四通道驱动集成芯片L298N；避障采用红外线收发来完成，自动寻迹采用红外线接收二极管完成；无线遥控则是采用带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块完成以及附加功能的语音模块是经过话筒脉冲处理后完成。最后由控制单元处理数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制。目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。 该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、驱动部分、CPU。机器人能实现自动避障功能，还可以扩展循迹，感知导引线和障碍物等功能。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。 该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。如今世界各国在智能小车方面进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。1 设计方案通过收集各硬件模块资料信息，对其进行有效的分析选择，最终选出最合理的设计方案。1.1 总体设计智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，调制前面两个轮子的转速起停，从而达到控制转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将循迹光电管分别装在车体下的左右。当车身下左边的传感器检测到黑线时，主控芯片控制左轮电机停止，车向左修正，当车身下右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机停止，车向右修正。避障的原理和寻迹一样，在车身右边装一个光电管，当其检测到障碍物时，主控芯片给出信号报警并控制车子倒退，转向，从而避开障碍物。总体框架图如图1-1所示。信号采集部分电机控制单元转速控制单元数码管显示89S52发光二极管指示蜂鸣器指示 图1-1 设计总体框架图1.2 单片机控制模块本模块采用单片机89S52作为核心处理器。单片机控制系统基本由最小系统和外围信号I/O口组成，其中最小系统包括电源（地），CPU时序电路（一般使用11.0592M的晶振或者12M和30P电容组成），复位电路。有了以上三块，单片机就能够正常工作1。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含可反复擦写1000次的只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-52指令系统及80S52引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。利用AT89S52的IO端口对传感器信号进行实时判断监控来控制步进电机做出相应的反映。如图1-2是AT89S52单片机最小系统图2。图1-2 AT89S52单片机最小系统电路图其中RST接的是一个复位电路，用手动按键来实现复位。AT89S52内部没有晶振，需要外加晶振电路，按照程序要求，选用的晶振频率为12MHZ，分别连接18和19号引脚。另外P3.0和P3.1和串口通信电路相连，P1.0和P1.1分别连接右、左伺服电动，P1.4和P2.3分别接的是右胡须和左胡须，P1.2和P3.5分别是左右红外检测器，P1.3和P3.6分别是左右红外发射器，P1.5、P1.6和P1.7分别与ISP下载接口相连，GND接地和VCC接+5V电源3。1.2.1 主控模块根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。具体如下：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。本模块主要是对采集信号进行分析，同时给出PWM波控制电机速度，起停。以及再检测到障碍报警等作用。电路图如图1-3所示。图1-3 主控电路充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点 4。针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机。根据这些分析,我选定了AT89S52单片机作为本设计的主控装置，52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是52单片机价格非常低廉5。1.2.2 复位电路 复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个触发器与复位电路相连，它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于10ms的正脉冲，使单片机进入复位状态。按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。上电时，+5V电源立即对单片机芯片供电，同时经电阻R对电容C3充电。C3上电压建立的规程就产生一定宽度的负脉冲，经反向后，RST上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。因此，非门在这里不仅起了反向作用，还增大了驱动能力，电容C1，C2起虑波作用，防止干扰窜入复位端产生误动作6。1.2.3 时钟电路 单片机的时钟产生有两种方法：内部时钟方式和外部时钟方式。 系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89S52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值通常取30PF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作7。1.2.4 显示模块方案一：采用LED数码管，我们这次做的小车只是显示小车的速度，并没有其他的输出，虽然数码管消耗大，但是输出稳定。方案二：采用液晶显示，这种方法虽然能减少硬件资源的浪费，但是考虑本次的用途，我们放弃本方案。故选用方案一。1.3 电源的选择在电源模块中使用的是LM7805稳压芯片，它在7.5V锂电池的输入供电下，能实现5V的稳压输出。因此为了简化了电路，便于小车的组装，综合考虑采用LM7805的稳压芯片输出5V电压。用LM78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，本设计用的LM7805表示输出电压为正5V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，所以在本设计制作中采用8。该系统的电源模块电路图如图1-4所示。图1-4 电源模块接线图其中C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容。 2 硬件设计2.1 电机的驱动模块采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路(如图2-1)。图2-1 H桥式电路用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N9。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。2.2 避障模块 在避障线路中有两种避障方式：超声波避障和红外线避障。超声波避障，其缺点为超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。其优点有外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜 10。本设计采用红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此通过调制信号产生38KHz的载波来减少外界的一些干扰。只要障碍物在限定范围内就会产生相对的电平供单片机控制，实现避障功能。2.3 驱动电路电机驱动一般采用H桥式驱动电路，L298N内部集成了H桥式驱动电路，从而可以采用L298N电路来驱动电机。通过单片机给予L298N电路PWM信号来控制小车的速度，起停。引脚图如图2-2所示。图2-2 L298N引脚图本设计的电路采用的是与L298N相结合的驱动，从而控制小车的前进，左转，右转和后退。驱动原理图如图2-3所示。图2-3 电机驱动电路2.4 红外对管寻迹模块2.4.1 红外线寻迹的原理 寻迹是指小车在白色地板上循黑线行走，本系统采取的方法是红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面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；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。由此过程来改变接收管的输出电压，单片机以电压的变化为依据执行小车电机确定行走路线11。寻迹模块实现原理图如图2-4所示。图2-4 寻迹模块原理图2.4.2 红外线模块的安装四针接口处P3，P4的1，2脚是跟红外线发射管连接，3，4则是跟接收管相连，放置插针是为了更容易实现红外线管的放置。由于红外线接收光的变化可以让接收管上的电压发生变化，相当于可变电阻，这种特性为设计提供基本的保障。比较芯片LM358（LM393）可以根据接收管的电压和参考电压进行比较后输出相应电平。此图的比较接法为正接法，就是当红外线管遇到黑线时，反射减少，“+”断输入电压增加，使的输出端输出电压为高，经上拉电阻R12（R20）上拉后达到单片机有效接收电平。小车进入寻迹模式后，即单片机开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序,先确定2个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面传感器（红灯亮）探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果右面传感器（黄灯亮）探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作，实现方向控制，按照黑线行驶12。其中，R11和R19为限流电阻，防止红外线发生管因电流过大而烧坏；由R14和一个可变电阻组成的电路为参考电压电路，由于检测小车行驶的过程会因环境或则黑线材料的改变使输出电压成一个变化值，所以通过可变电阻来改变参考电压，使能正常运行；同时R12和R20为上拉电阻，让输入单片机的电压达到高电平；发光二极管则是能更直观的判断出哪对传感器在起作用。红外线寻迹安装图如图2-5所示。图2-5 红外线寻迹安装图2.5 无线遥控模块此模块实现了无线电远距离控制小车的停启、方向行驶的功能，在整个小车系统中起到不可忽视的作用。2.5.1 无线遥控工作原理图2-6是无线电遥控设备方框图，由发射机、接收机及执行机构三部分组成。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操纵器(操纵开关或电位器等)控制，操纵者通过操纵器；使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：用频率为270Hz的正弦信号作为控制左舵的指令，用频率为350Hz的正弦信号作为控制右舵的指令，即不同频率的正弦信号代表不同的控制指令。除了可利用频率特征外，还可用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令13。 图2-6 无线电遥控设备方框图编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号（载波）上，才能由发射天线发送出去。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高频部分及解调器部分。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就象把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行签别，送到相应的执行放大电路。执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用以驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例电机的转动、电磁铁的吸动，带动被控的调节机构，从而实现对被控目标的控制。本模块采用的无线遥控是市场上现成的带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块14。2.5.2 PT2262/2272 芯片编码芯片PT2262 发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。PT2262引脚图如图2-7所示。图2-7 PT2262引脚图当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2272引脚图如图2-8所示。图2-8 PT2272解码电路引脚图编码电路PT2262和解码PT2272的第18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接电源、接地三种状态，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。同一个系统地址码必须一致，不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分15。2.6 伺服电机驱动模块机器人的伺服电机是用来将机器人大脑（计算机）发出的运动指令转换为运动动作的部件，相当于肌肉的作用。所为伺服，就是可以按照指令进行连贯动作，伺服电机就是可以按照指令连续控制位置或速度的点击。它们不同于传统的直流电机或交流电机，这些电机不能控制位置和速度，只能以某一种恒定的速度旋转。现在的伺服电机的种类很多，本设计中使用的是一种控制非常方便和简单的伺服电机，它最初主要用于航空模型等方向舵的位置控制，因而又称作伺服舵机16。脉冲信号不同可以控制伺服电机的转速。下面是电机转速为零、电机顺时针全速旋转和电机逆时针全速旋转的时序图。图2-9 电动机转速为零的控制信号时序图图2-10 电机顺时针全速旋转的控制信号时序图图2-11 电机逆时针全速旋转的控制信号时序图图2-9所示是高电平持续1.5ms低电平持续20ms，然后不断重复的控制脉冲序列。该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会旋转。所谓零点信号就是指伺服电机在保持静止时接收到某一特定的控制信号。如果在接收到零点信号时可以能会转动，这时要用螺丝刀调节伺服电机模块内的调节电阻从而让伺服电机保持静止。从图2-10和2-11可知，控制电机运动转速的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为1.3ms时，伺服电机顺时针全速旋转，当高电平持续时间1.7ms时，伺服电机逆时针速全速旋转。每个伺服电机的控制电线有三根，其中白色线用来传送电机的控制信号，红线用来连接到电源上，而黑线则是接地线。连接伺服电机驱动电路图如图2-12所示。图2-12 左、右伺服电机驱动电路图P1.0引脚的控制输出用来控制右边的伺服电机，而P1.1引脚的控制输出则用来控制左边的伺服电机17。3 软件设计3.1 总体软件设计小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。软件的主程序流程图如图3-1所示。系统初始化任务计数器归零是否完成全部任务？循迹子函数是否完成本次任务？结束开始NYNY 图3-1 主程序流程图3.2 小车循迹小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。循迹流程图如图3-2所示。启动循迹模式探测黑线是否检测到黑线判断处理程序向左转Turn_left2向左转Turn_left1向右转Turn_right1向右转Turn_Lright2继续前进NY图3-2 循迹流程图 由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即Turn_left2 > Turn_left1,Turn_right2 > Turn_right1 (其中Turn_left2，Turn_left1, Turn_right2 , Turn_right1为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变)，具体数值在实地实验中得到。循迹程序：void xunji()if(left_red=1)&(right_red=1)en1=1;en2=1;goahead();delay(150);en1=0;en2=0;delay(50);else if(left_red=0)&(right_red=1)en1=0;en2=1; P0.0=!P0.0;turnleft();delay(150);en1=1;en2=0;delay(50);else if(left_red=1)&(right_red=0)en1=1;en2=0;P0.1=!P0.1;turnright();delay(150);en1=0;en2=1;delay(50);elsestop();3.3 小车避障 开始后退一点,报警后退. 左转 前进 右转 前进左转是否检测到障碍NY 图3-3 避障流程图避障流程图如图3-3所示。小车避障程序主要由以下几个部分组成,判断小车左转，右转，后退，前进等程序。其基本原理为：据前方四个传感器的反馈值来判断小车前方障碍物的大小，并根据障碍物大小的不同，由单片机将控制信号送给驱动芯片实施，并对电机实施正反转控制，以实现小车对障碍物的躲避。避障采用开环控制，亦即传感器检测到一个障碍物后即进入相关处理子程序，在处理过程中不再查询避障传感器的状态，直至此程序执行完。由于单片机控制程序执行周期很短，若此时出现新的障碍物，在下个周期重新判断。避障程序段如下：void bizhang()en1=1;en2=1;goback();mid_red=0;baojing();goback();for(i=0;i<8;i+)en1=1;en2=1;delay(150);en1=0;en2=0;delay(50);stop();delay(10);turnleft();for(i=0;i<11;i+)en1=0;en2=1;delay(130); en2=0;delay(50);stop();delay(10);goahead();for(i=0;i<22;i+)en1=1;en2=1;delay(130);en1=0;en2=0; delay(50);stop();delay(10);turnright();for(i=0;i<18;i+)en1=1;en2=0;delay(130);en1=0;delay(50);xun: if(left_red=1)&(right_red=0)loop: turnleft();en1=0;en2=1;delay(30);turnright();en1=1;delay(50);en1=0;delay(50);en2=0;delay(50);if(left_red=1)&(right_red=1);else goto loop;elseen1=1;en2=1;goahead();delay(80);en1=0;en2=0;delay(50);goto xun;结 论整个系统的设计以单片机89S52为核心，利用了多种传感器，将软件和硬件相结合。本系统能实现如下功能： (1) 自动沿预设轨道行驶小车在行驶过程中，能够自动检测预先设好的轨道，实现直道和弧形轨道的前进。若有偏离，能够自动纠正，返回到预设轨道上来。 (2) 当小车探测到前进前方的障碍物时，可以自动报警调整，躲避障碍物，从无障碍区通过。小车通过障碍区后，能够自动循迹。 (3) 自动检测停车线并自动停车。 本设计的这款智能小车在诸多方面都作为未来智能机器人开发的雏形，如将车体加大增加一个运料斗，将变成一个运煤小车；又如在车体上增设摄像头将摇身变为勘探人等等。同时随着国家航天事业的发展，宇宙勘探、星球矿石的采集、气候温度的检测都将是未来课题，这款小车拥有导航和避障功能，相信它也可成为星球勘探车的雏形。在未来智能化的机器将改变现代的生活，具有较高的实际应用价值和广阔的应用前景。从运行情况来看循迹的效果比较好，避障的效果不是很好，认为是电源不稳定导致小车的速度不好控制，这也是本次设计最大的误区，没有选取稳定的电源。相信如果实验条件和时间的允许下肯定能解决这一问题。在控速方面，本设计采用由双极性管组成的H桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。为本设计的成功定奠了坚实的基础。致 谢在本次设计中运用了C语言编程来实现各种功能，由