红外线避障小车的设计毕业论文

I摘 要随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。本设计通过小车这个载体再结合由 AT89S51 为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555 组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。关键词：避障 光电开关 红外线漫反射 差分控制IIInfrared obstacle avoidance carAbstractWith the development needs of the production automation, robots have been more and more widely applied to the automation of production, with the development of science and technology, the robot more and more types of sensors, including infrared sensors has become an important component of the automatic walking and driving .Infrared Typical applications for autonomous intelligent navigation systems, robotics to achieve automatic obstacle avoidance must be perceived obstacles, perceived obstacles to the robot quite a visual function. Intelligent obstacle avoidance system based on infrared sensor, infrared sensor front obstacle detection and determine the obstacle distance.Due to the limited time and the level of our most basic obstacle avoidance temporary as the design goal.Design by car carrier recombination by AT89S51 as the core of the control panel can achieve its basic functions, supplemented plus diffuse photoelectric switch obstacle avoidance circuit 555 comprising a speed control circuit, power circuit, a differential drive circuit. You can improve the entire design.Keywords: obstacle avoidance photoelectric switch infrared diffuse reflectance differential controlIII目 录前 言 .1第 1 章 课题研究价值 .2第 1.1 节 选题背景 .2第 2 章 课题设计 .3第 2.1 节 设计要求 .3第 2.2 节 总体设计 .3第 3 章 方案论证 .5第 3.1 节 单片机选择论证 .5第 3.2 节 传感器设计方案 .5第 3.3 节 控制算法设计方案 .6第 4 章 智能小车硬件设计 .8第 4.1 节 智能小车硬件分配 .8第 4.2 节 AT89S51 单片机简介 .11第 4.3 节 电路设计 .14第 5 章 智能小车软件设计 .20第 5.1 节 总体流程图 .20第 5.2 节 最少拍控制算法 .22IV第 6 章 开发流程 .25第 6.1 节 编译环境 .25第 6.2 节 下载调试 .27第 6.3 节 单片机的 I/O 分配 .28结 论 .29附 录 A.30附 录 B.34附 录 C.35参考文献 .39致 谢 .40V前 言随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。本设计通过小车这个载体再结合由 AT89S51 为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555 组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。VI第 1 章 课题研究价值第 1.1 节 选题背景国内外随着计算机技术，控制技术，信息技术的快速发展，工业的生产和管理进入了自动化，信息化和智能化的时代，智能化已经成为时代发展的需要。第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系列的新一代产品，如 8C152 80C51FA/FB80C51GA/GB 8C4518C452,还包括了PhilipsSiemensADM FujutsuOKIHarria-Metra ATMEL 等公司以80C51 为核心推出的大量各具特色与 80C51 兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/DPWMPCA(可编程计数器阵列) WDT(监视定时器)高速 I/O 口计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips 公司还为这一代单片机 80C51 系列 8C592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线-CAN(Controller Area Network BUS).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。该项目可以应用于机车头自动寻迹，工厂自动化，仓库管理，可提高劳动生产效率，改善劳动环境。在柔性自动化生产线，智能仓库管理及物流配送等领域，当生产环境恶劣时，工人不能完成的任务如物料运输和装卸等，可采用智能寻迹小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能寻迹小车系统具有十分重要的意义。VII第 2 章 课题设计第 2.1 节 设计要求在本次设计中，要求所设计的小车具有自动避障的功能，能在红外探头探测到前方有障碍物的时候先进行后退大约 2 秒再进行向左转 180 度角，第二次探测到前方障碍物的时候再后退大约 2 秒再进行向右转 180 度角，这样循环下去。很明显，我要设计的小车是要能遇见障碍物自动窥探到障碍物并立即倒退和转动方向重新行驶，当然小车行驶速度不会有太大的变化。第 2.2 节 总体设计VIII单片机AT89S51指示灯红外发射 红外接收电机驱器电机M1电机M2红外发射红外接收红外接收红外发射图 2.1 系统框架图说明智能避障小车能避障主要是由前方的两对红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射的特性。所以说当红外发射出来的光线遇到物体时，就会形成反射的光线，而这个经反射的红外光线刚好被红外接收探头接收到。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机由单片机内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。IX第 3 章 方案论证第 3.1 节 单片机选择论证在单片机选择提供两种选择一种是 8031 另一种是 AT89S51。选用 8031 单片机系统 8031 单片机内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存储器 8255 和一片 2764，来进行扩展。电路复杂。选用 AT89S51单片机系统 AT89S51 里有 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。不用扩展外部存储器。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。由此可见选用 AT89S51 单片机。第 3.2 节 传感器设计方案在传感器方案的选择中，有以下两种方案供参考：方案一：使用 CCD 传感器来采集路面信息。使用 CCD 传感器，可以获取大量的图像信息，可以全面完整的掌握路径信息，可以进行较远距离的预测和识别图像复杂的路面而且抗干扰能力强。但是对于本项目来说，使用 CCD 传感器也有其不足之处。首先使用 CCD 传感器需要有大量图像处理的工作，需要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车视觉为目的，实现起来工作量较大，电路复杂。方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外传感器最大的优点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了复杂的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点X是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。经过综合考虑，在本设计中采用红外光电传感器作为信息采集元件。第 3.3 节 控制算法设计方案在小车的运行中，主要有方向和速度的控制，即舵机和电机的控制，这两个控制是系统软件的核心操作，对小车的性能有着决定性的作用。对电机的控制，要达到的目的就是：在任何情况下，总能给电机一个合适的高低电压，保证小车能始终遇见障碍物时可以随时转动运行的方向。在电机的控制方案中，有以下两种方案可供选择：方案一：比例控制这种控制方法就是在检测到车体偏离的信息时给小车一个预置的反向偏移量，让其回到跑道。比例算法简单有效，参数容易调整，算法实现简单，不需要复杂的数字计算。在实际应用中，由于传感器的个数与布局方式的限制，其控制量的输出是一个离散值，不能对舵机进行精确地控制，容易引起舵机左右摇摆，造成小车行驶过程中的振荡，而且其收敛速度也有限。方案二 PID 控制PID 控制在比例控制的