基于单片机的智能循迹小车(文献综述) .doc

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1、 2013年4月11日基于MCS-51单片机智能小车控制器设计与实现电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。各种智能化小车在市场玩具中也占一个很大的比例。根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大改变：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年交2003年增长52%，而传统玩具的年销售额仅增长3%。英国玩具零售商协会选出的2001圣诞节最受欢迎的十大玩具中，有

2、7款玩具配有电子元件。从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩家行业发展的主流。 如今知识工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化开辟了广阔前景。因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的。 我国开始使用单片机是在1982年，短短五年时间里发展极为迅

3、速，当前世界上各大芯片制造公司推出了自己的单片机，从八位、16位到32位，但它们各具特色，护成互补。在2003年七月，91student.con在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告，但偏偏人才需求量位居世界第一。单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些

4、应用中，目前也出现了一些新的需求，单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面1：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机

5、为主。智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。设计主要有以下几个模块组成：1、 信息采集模块：信息采集部分是由光电检测和运算放大模块组成，光电检测有寻迹检测和测速检测两个部分。将检测到的信号经过预算放大模块lm324放大整形后送给单片机处理，其核心部分是几个光电传感器。2、 控制处理模块：控制处理模块是一一片stc89c52单

6、片机为核心，单片机将从采集到的信息进行判断后，按照预定的算法处理，把处理的结果送交电机驱动和液晶显示模块，使之做出相应的动作。3、 执行模块：执行模块是由液晶显示、电机驱动及电机、蜂鸣器三部分组成。液晶主要是将单片机处理的结果进行实时显示，方便及时用户了解系统当前的状态，电机驱动根据单片机的指令对两个电机进行动作，使之能够根据需要作出相应的加速、减速、转弯、停车等的动作，以达到预期的目的。蜂鸣器主要是根据要求在特定的位置作出出响应来报告位置。在设计上，使用两个传感器来检测路面的情况，传感器的信号比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是

7、用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机工作的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路。各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试。系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于电路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证。最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。智能小车是智能车辆研

8、究的一个分支。它以车轮作为移动机构、能够实现自主 行驶，所以我们称之为智能小车。智能小车具有机器人的基本特征易于编程。 它与遥控小车的不同之处在于，后者需要操作员来控制其转向、启停和进退，比较 先进的遥控车还能控制其速度(常见的模型小车都属于这类遥控车)；而智能小车 则可以通过计算机编程来实现其对小车启停、行驶方向以及速度的控制，无需人工 干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序或者某些数据来改变它的行驶方 式。这种可以通过编程来控制、改变小车行驶方式的特性是智能小车的最大特点。 智能小车控制系统的研究目的是使得小车行驶具有更高自主性。如果任意给定 小车一条无障路径，通过该系统，小车就可以

9、得到系统对路径图形处理后的数据(位 移与转角)，并能根据位移和转角信息按照预定路径行进。整个硬件系统可分为控制部分模块、黑线轨迹探测模块、金属探测模块、障碍探测模块、光源探测模块、直流电机驱动模块、车灯显示模块、数码显示模块等。如图一。首先小车通过传感器检测黑线轨迹进行直线行走，在行走过程中通过金属传感器来检测金属的数目以及小车起始点到金属中点的距离，并且通过数码管显示出来；当小车行驶到直线尽头时，小车前部分的两个传感器会同时检测到一条黑线，这时，小车便开始进行180度的转弯，在转弯方案的选择上，我们采用以电机最大角度转弯来驱使小车进行180度的转弯；当小车转弯完毕后，会检测到一块金属片，这时

10、小车就开始寻找光源，进行直走，当在直走的过程中遇到前方的障碍物时，小车便向后行驶，再通过光敏电阻调整小车寻找光源的位置，继续前进。直到小车撞到光源，小车便完成了全部的行驶过程。图一、系统框图软件编程是循迹小车的灵魂，小车精确地循迹基于合理的编程算法，为了便于调试结构明朗，小车的软件编程分为主函数、检测循迹函数和控制函数。其中，主函数合理地分配调用各个模块函数，主要负责各模块间的总体协调。循迹检测函数负责稳定地判定各种信息，将信息值返回，以便主函数或别的函数调用处理。控制函数主要负责小车的状态控制，根据传感器返回的信息准确地判定小车所处的位置，并做出相应的响应。其中控制函数中包含了各种算法以实现

11、系统控制的稳定性。由于控制的数学模型不易建立。所有的函数算法均是经过无数次的调试而一步步的写出来的。用单片机实现小车智能控制，这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。这几天的文献综述对我来说的意义，不仅仅是学习前人的知识，还须将理论知识与实践相结合，对不同方案论证并提出自己的观点和看法。这样提高了我们的实际动手能力和独立思考的能力。其中最重要的是团队合作，相近课题或有相同部分同学可以分工合作，可大大提高了效率。虽然我前期资料准备十分丰富，但拙于总结，自我感觉论述有些简单，文献综述完成得较仓促。但我得到了很多远大于此的东西！主控制模块数码显示模块黑线轨迹探测模块光源探测模块障碍物探测模块直流电机驱动模块车灯显示模块金属探测模块电流源