循迹避障智能小车的设计与实现
摘 要 本设计主要对智能小车的循迹与避障功能进行研究。该循迹避障智能小车的传感器使用红外线收发二极管来实现,将其中两组红外线收发二极管安装于小车的下面来实现循迹功能,将两组红外线收发二极管安装于小车的前面来实现避障功能。LM339能够放大四个红外线接收二极管的输出信号，然后传送给单片机STC15W201S加以处理,单片机会接收这四组信号并作出判断,直流电机的停止与运行会得到相应控制。LM339作为两个直流电机的驱动芯片。使用PWM技术来调节占空比，利用占空比的大小变化控制电机的运转速度，小车的行驶速度将会被控制。本设计思路清晰,目的明确,较好的实现智能小车的循迹与避障两个功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 2
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外概况 2
1.2.2国内概况 3
1.3 技术指标和主要内容 4
1.3.1 技术指标 4
1.3.2 主要内容 4
第二章 系统总体设计 5
2.1任务及要求 5
2.2 主控系统 5
2.3 电源供电以及稳压方案论证 6
2.4 电机驱动模块论证 6
2.4.1 驱动调速电路论证 6
2.4.2 驱动电机论证 6
2.5 循迹传感器方案论证 7
第三章 硬件电路设计 8
3.1 系统设计原理 8
3.2 主控制器芯片介绍 8
3.3电机驱动模块设计 9
3.3.1 直流减速电机介绍 9
3.3.2 LM339芯片介绍 9
3.4 TCRT5000介绍 10
3.5总体设计电路图 10
第四章 硬件调试 13
4.1装配 13
4.2功能测试与实现 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
附录 18
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
生活水平的不断提高，人们的生活方式也多种多样。就交通方式而言,大多数人会选择汽车出行,然而汽车的普及给交通的压力徒增了不少,这样交通安全问题不得不受到大家的重视。近年来,道路上的交通事故直线上升,当我们追究事故的原因是人与道路的时候,我们是否应该对汽车的性能的提高进行关注。设想一下如果有一种智能汽车,当前方有障碍物的时候,能够自动发现并且避让;在司机迷路的情况下,能够根据特定的路线实现自动循迹,甚至在一定情况下能够自动驾驶,这种车辆不止是存在一些科幻小说及电影中,现实中已经有不少成品车辆并得到应用。这种车辆研制的成功将大大减少交通事故的发生,这种智能化的车辆被大家称之为智能车辆。
智能车辆有很多功能。智能车辆除了在危险救援、军事应用、地质勘探等方面进行应用,在一些发达国家则更贴向于交通运输中的应用。智能车辆的主要特色就是智能循线与避障功能,在路面信息量比较大时，小车能够自动感知障碍物或者预设定的标志性引导线,从而实现车辆自动循迹，自动发现并躲开障碍物，最终到达目的地。这种特色也被人们应用到生活中的各个方面。例如:在一些企业的流水线上，产品能够指定路线上传输就是使用的智能传输系统；此外，人们可以利用此项技术，模拟弯道行驶的危险性，减少某些弯道设计的不合理性，从而避免事故的发生，保障人们生命的安全。
智能车辆也经常被应用于一些环境恶劣的生产实际中,例如,在对人类来说有一定难度的科学勘探以及其他困难任务等,智能机器人便代替人们完成艰巨而有危险的任务。它可以耐受湿度、有毒气体、温度等恶劣的环境,去执行人类难以进入地区的特殊任务,这样不仅减少了生命危险,而且保障工作的顺利进行。仔细想想,新闻中提到的火星探测车,其中或多或少都有智能小车的身影,可以说这是人类进步的表现之一。
1.1.2研究意义
现实生活中，在很多领域都需要使用到智能小车的相关技术，有很多方面都有待人们研究及开发。具体表现在以下几个方面:
(1)排除险情与探测危险
在地下工作、科学勘测甚至战场上,智能小车会代替地下工作者、科学家或者军人完成各自的危险任务。在民用方面,使用智能车辆来探测对人体有害的一些放射性物质,比如化学物质及物理元素的引起的污染,甚至核辐射,智能小车可以去一些火灾现场进行灭火及营救生者。在一些地震现场，可以利用其技术，发现并营救幸存下来的人们。在军用方面，军方试图并逐步减少人员的投入，发展无人战斗车辆，这样就减少了人员的伤亡。
(2)教育
很多高校中拿智能小车的课题来比赛,这样能培养学生的实际动手能力，有利于学生理论联系实际,拿本次课题所做的循迹与避障智能小车来说,可以将课堂上所学的知识应用到现实生产生活中，很好的实现了高校所预定的目标。
(3)智能家居
在家庭生活中,很多人喜欢使用智能机器人去代替他们做家务活，比如使用机器人打扫卫生，也可以使用智能机器人做饭。归根揭底就是使用智能机器人技术在家电产品上，在对其控制。相信在不久的将来人们对此的需求还会增加,智能化家电产品的发展空间还有很大的提升。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外概况
就国外情况而言,在智能汽车发面最为重视的国家应该是美国。1984年，美国国防高级研究计划局（The Defense Advanced Research Projects Agency ,DARPA）发布了“星球大战”计划架构下的战略计划，该计划目的将超级计算机技术与人工智能技术应用到军事领域中。自主地面车辆（Autonomous Land Vehicle ,ALV）就是此战略计划中的重要组成部分，ALV研究计划中的重点之一是计算机视觉技术，其主要目的是开发无人驾驶车辆视觉系统专用的计算机软硬件体系结构，使ALV能够实现基于视觉的环境感知（主要是识别道路与障碍物）功能。从1985年开始，ALV项目连续三年演示了视觉导航技术的研究成果；1985年在一条1km长的直线道路上的最高跟踪速度为3km/h；1986年，在包括急转弯和直线的4.5km长的道路上跟踪速度达到10km/h；1987年在4.5km长的包括直线、转弯、宽度的变化并有障碍物的道路上，平均速度达到14.5km/h，最高速度达到21km/h。20042007年美国共举办了3界DARPA无人驾驶挑战赛；20122013年美国举办了两届机器人挑战赛。每一界比赛的顺利完成都极大的推动了智能汽车技术的发展。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 2
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外概况 2
1.2.2国内概况 3
1.3 技术指标和主要内容 4
1.3.1 技术指标 4
1.3.2 主要内容 4
第二章 系统总体设计 5
2.1任务及要求 5
2.2 主控系统 5
2.3 电源供电以及稳压方案论证 6
2.4 电机驱动模块论证 6
2.4.1 驱动调速电路论证 6
2.4.2 驱动电机论证 6
2.5 循迹传感器方案论证 7
第三章 硬件电路设计 8
3.1 系统设计原理 8
3.2 主控制器芯片介绍 8
3.3电机驱动模块设计 9
3.3.1 直流减速电机介绍 9
3.3.2 LM339芯片介绍 9
3.4 TCRT5000介绍 10
3.5总体设计电路图 10
第四章 硬件调试 13
4.1装配 13
4.2功能测试与实现 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
附录 18
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
生活水平的不断提高，人们的生活方式也多种多样。就交通方式而言,大多数人会选择汽车出行,然而汽车的普及给交通的压力徒增了不少,这样交通安全问题不得不受到大家的重视。近年来,道路上的交通事故直线上升,当我们追究事故的原因是人与道路的时候,我们是否应该对汽车的性能的提高进行关注。设想一下如果有一种智能汽车,当前方有障碍物的时候,能够自动发现并且避让;在司机迷路的情况下,能够根据特定的路线实现自动循迹,甚至在一定情况下能够自动驾驶,这种车辆不止是存在一些科幻小说及电影中,现实中已经有不少成品车辆并得到应用。这种车辆研制的成功将大大减少交通事故的发生,这种智能化的车辆被大家称之为智能车辆。
智能车辆有很多功能。智能车辆除了在危险救援、军事应用、地质勘探等方面进行应用,在一些发达国家则更贴向于交通运输中的应用。智能车辆的主要特色就是智能循线与避障功能,在路面信息量比较大时，小车能够自动感知障碍物或者预设定的标志性引导线,从而实现车辆自动循迹，自动发现并躲开障碍物，最终到达目的地。这种特色也被人们应用到生活中的各个方面。例如:在一些企业的流水线上，产品能够指定路线上传输就是使用的智能传输系统；此外，人们可以利用此项技术，模拟弯道行驶的危险性，减少某些弯道设计的不合理性，从而避免事故的发生，保障人们生命的安全。
智能车辆也经常被应用于一些环境恶劣的生产实际中,例如,在对人类来说有一定难度的科学勘探以及其他困难任务等,智能机器人便代替人们完成艰巨而有危险的任务。它可以耐受湿度、有毒气体、温度等恶劣的环境,去执行人类难以进入地区的特殊任务,这样不仅减少了生命危险,而且保障工作的顺利进行。仔细想想,新闻中提到的火星探测车,其中或多或少都有智能小车的身影,可以说这是人类进步的表现之一。
1.1.2研究意义
现实生活中，在很多领域都需要使用到智能小车的相关技术，有很多方面都有待人们研究及开发。具体表现在以下几个方面:
(1)排除险情与探测危险
在地下工作、科学勘测甚至战场上,智能小车会代替地下工作者、科学家或者军人完成各自的危险任务。在民用方面,使用智能车辆来探测对人体有害的一些放射性物质,比如化学物质及物理元素的引起的污染,甚至核辐射,智能小车可以去一些火灾现场进行灭火及营救生者。在一些地震现场，可以利用其技术，发现并营救幸存下来的人们。在军用方面，军方试图并逐步减少人员的投入，发展无人战斗车辆，这样就减少了人员的伤亡。
(2)教育
很多高校中拿智能小车的课题来比赛,这样能培养学生的实际动手能力，有利于学生理论联系实际,拿本次课题所做的循迹与避障智能小车来说,可以将课堂上所学的知识应用到现实生产生活中，很好的实现了高校所预定的目标。
(3)智能家居
在家庭生活中,很多人喜欢使用智能机器人去代替他们做家务活，比如使用机器人打扫卫生，也可以使用智能机器人做饭。归根揭底就是使用智能机器人技术在家电产品上，在对其控制。相信在不久的将来人们对此的需求还会增加,智能化家电产品的发展空间还有很大的提升。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外概况
就国外情况而言,在智能汽车发面最为重视的国家应该是美国。1984年，美国国防高级研究计划局（The Defense Advanced Research Projects Agency ,DARPA）发布了“星球大战”计划架构下的战略计划，该计划目的将超级计算机技术与人工智能技术应用到军事领域中。自主地面车辆（Autonomous Land Vehicle ,ALV）就是此战略计划中的重要组成部分，ALV研究计划中的重点之一是计算机视觉技术，其主要目的是开发无人驾驶车辆视觉系统专用的计算机软硬件体系结构，使ALV能够实现基于视觉的环境感知（主要是识别道路与障碍物）功能。从1985年开始，ALV项目连续三年演示了视觉导航技术的研究成果；1985年在一条1km长的直线道路上的最高跟踪速度为3km/h；1986年，在包括急转弯和直线的4.5km长的道路上跟踪速度达到10km/h；1987年在4.5km长的包括直线、转弯、宽度的变化并有障碍物的道路上，平均速度达到14.5km/h，最高速度达到21km/h。20042007年美国共举办了3界DARPA无人驾驶挑战赛；20122013年美国举办了两届机器人挑战赛。每一界比赛的顺利完成都极大的推动了智能汽车技术的发展。
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