单片机的循迹避障智能小车设计【字数：16417】
随着计算机科学技术的突飞猛进，人们已经开始进入智能化时代。汽车已经不再单纯是原来意义上的交通工具了。人们开始对汽车的智能化程度越来越看重。更多的公司开始参与对智能汽车的开发，许多高校开始开设智能车方面的课程，关于智能小车的比赛也越来越多。鉴于此背景，本课题设计了基于单片机的循迹避障智能小车。主要用于实现小车的自主循迹以及避障功能。首先对智能小车的发展现状、研究的意义以及方案的确定进行了全面的了解。选用STC89C52作为小车的控制芯片；运用一对红外循迹传感器作为小车的视觉器官来确定小车的行走路线；采用HC-SR04作为小车的听觉器官来感知小车前进方向的障碍物，防止小车前进过程中碰到障碍物。搭配双H桥结构的电路作为直流电机的驱动电路，从而控制整个小车的运动轨迹。鉴于C语言的可读性好，移植能力强，所以用C语言作为本设计的编程语言，本设计的电路简单，易于实现。
目 录
1、绪论 1
1.1课题的目的和意义 1
1.2课题发展新趋势 2
1.3课题研究的主要内容 2
1.4小结 3
2、系统总体设计方案 4
2.1循迹避障小车总体功能概述 4
2.2小车结构图 4
2.3系统方案设计和结构图 5
2.4主要元器件的选型 6
2.5小结 9
3、智能小车的硬件电路设计及原理 10
3.1硬件电路设计概述 10
3.2单片机系统设计 10
3.2.1晶振电路 11
3.2.2复位电路 12
3.3小车驱动电路设计 13
3.4超声波避障电路设计 14
3.5电平转换电路设计 15
3.6红外检测电路设计 16
3.7电压比较电路设计 16
3.8警报电路设计 17
3.9硬件电路设计小结 18
4、智能循迹避障小车的软件部分设计 19
4.1系统软件概述 19
4.2主程序设计 19
4.3红外循迹程序设计 20
4.4电机驱动软件设计 22
4.5超声波测距软件设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
计 24
4.6超声波避障软件设计 27
4.7电机调速程序设计 28
4.8软件设计小结 30
5、系统安装与调试 31
5.1系统硬件整体结构 31
5.2电机调试 31
5.3红外传感器调试 33
5.4软件部分调试 33
5.5系统整体调试 34
5.6设计中遇到的问题与分析 35
5.6.1硬件部分的问题及解决办法 35
5.6.2软件部分的问题及解决办法 36
6、设计总结与展望 37
6.1总结 37
6.2展望 37
参考文献 38
致谢 39
附录 40
附录一 总体硬件原理图 40
附录二 主要功能程序代码 43
1、绪论
1.1课题的目的和意义
进入21世纪，随着计算机技术和传感器技术的高速发展，机器人也有了长足的进步。智能小车作为机器人的一种也越来越智能化。智能循迹小车是二十世纪五十年代研发出来的一种新型智能机器人。智能循迹小车是指配备有电磁传感器，光电传感器等具有引导作用的传感器，引导小车按照既定的路线行驶。在工业中大都选用蓄电池作为动力的主要来源，可以通过编写程序来改变小车的行驶轨迹或者其他动作。在没有人参与的情况下自发的完成整个线路的行驶[1]。
随着汽车产业的不断的发展，人们开始对汽车的要求越来越高，对汽车的智能化产生了强烈的要求。随着特斯拉的成功，我国电动智能汽车行业也开始大热。智能小车共经历了三代技术创新：
第一代智能小车是可编程的示教再现型，没有搭载任何传感器，只有简单的开关，通过编程来引导小车行驶的路径，快慢等参数，在运动过程中，不能够识别外部环境，也不能改变自身运动的轨迹。
第二代智能小车对外部环境具有一定的感知能力，此类小车装载了简单的传感器。运动过程中可以感知自身的位置，速度等物理量的变化。其控制过程是一个动态的闭环控制系统。能适应一定的外部环境变化。
第三代智能小车配备有多种高灵敏度的外部传感器及其数字图像处理能力，以此来构成小车的感官系统，用来采集外部的环境，向控制系统提供精确的外部信息。以其自身的知识基础和多信息处理系统，能根据环境的变化，做出相应的决策，具有一定自我处理信息的能力。为了让小车更加智能和更广泛的应用，需要研究更加智能化的传感器，为控制系统提供更加精确的外部环境[2]。
本课题将会涉及到单片机应用技术，传感器检测技术，C语言编程等。研究本课题会使得我们加深对所学知识的理解，拓展视野，培养自己的动手能力。我相信通过自己所学的知识，毕业设计的目标一定会圆满完成。
综合以上因素，我觉得完成本次循迹避障智能小车的设计是一件具有特别意义的事，可以激发我对自动化行业的兴趣。
1.2课题发展新趋势
近些年，智能车的发展突飞猛进，国内外许多名牌大学都加入了智能车的研究当中。2011年我国自主研发的智能车红旗HQ3首次完成了从长沙到武汉的无人驾驶实验，整个过程不需要人的参与。只需要设定好起始位置和最终位置，智能车就会单独完成整个过程。这一突破标志着我国的智能车领域达到了世界先进水平。如今国内的很多大学均研制出属于自己的智能车，如上海交通大学研发的“Cyber3”项目车，主要用于人员和货物运输，可以实现高速自动驾驶。清华大学的THMRV智能车，可以在复杂的道路环境下避障，以及自动跟踪结构化道路的车道线。武汉大学的“smart V”能分别控制三维扫描仪、决策系统及其他感知设备等等。目前，我国的智能车系统研究仍不成熟，还需花费更多的时间和精力致力于智能车的发展[3]。
随着信息技术的不断进步，智能车必定会向着更加智能化的方向发展。通过图像处理能力，小车可以及时处理周围环境的变化，自主完成长距离的驾驶。只需要设定终点位置，小车就会自己规划路线，实时反馈路况信息。智能车的驾驶技术必定超过人类的驾驶技术，智能车代替人类驾驶只是时间问题[4]。
目 录
1、绪论 1
1.1课题的目的和意义 1
1.2课题发展新趋势 2
1.3课题研究的主要内容 2
1.4小结 3
2、系统总体设计方案 4
2.1循迹避障小车总体功能概述 4
2.2小车结构图 4
2.3系统方案设计和结构图 5
2.4主要元器件的选型 6
2.5小结 9
3、智能小车的硬件电路设计及原理 10
3.1硬件电路设计概述 10
3.2单片机系统设计 10
3.2.1晶振电路 11
3.2.2复位电路 12
3.3小车驱动电路设计 13
3.4超声波避障电路设计 14
3.5电平转换电路设计 15
3.6红外检测电路设计 16
3.7电压比较电路设计 16
3.8警报电路设计 17
3.9硬件电路设计小结 18
4、智能循迹避障小车的软件部分设计 19
4.1系统软件概述 19
4.2主程序设计 19
4.3红外循迹程序设计 20
4.4电机驱动软件设计 22
4.5超声波测距软件设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
计 24
4.6超声波避障软件设计 27
4.7电机调速程序设计 28
4.8软件设计小结 30
5、系统安装与调试 31
5.1系统硬件整体结构 31
5.2电机调试 31
5.3红外传感器调试 33
5.4软件部分调试 33
5.5系统整体调试 34
5.6设计中遇到的问题与分析 35
5.6.1硬件部分的问题及解决办法 35
5.6.2软件部分的问题及解决办法 36
6、设计总结与展望 37
6.1总结 37
6.2展望 37
参考文献 38
致谢 39
附录 40
附录一 总体硬件原理图 40
附录二 主要功能程序代码 43
1、绪论
1.1课题的目的和意义
进入21世纪，随着计算机技术和传感器技术的高速发展，机器人也有了长足的进步。智能小车作为机器人的一种也越来越智能化。智能循迹小车是二十世纪五十年代研发出来的一种新型智能机器人。智能循迹小车是指配备有电磁传感器，光电传感器等具有引导作用的传感器，引导小车按照既定的路线行驶。在工业中大都选用蓄电池作为动力的主要来源，可以通过编写程序来改变小车的行驶轨迹或者其他动作。在没有人参与的情况下自发的完成整个线路的行驶[1]。
随着汽车产业的不断的发展，人们开始对汽车的要求越来越高，对汽车的智能化产生了强烈的要求。随着特斯拉的成功，我国电动智能汽车行业也开始大热。智能小车共经历了三代技术创新：
第一代智能小车是可编程的示教再现型，没有搭载任何传感器，只有简单的开关，通过编程来引导小车行驶的路径，快慢等参数，在运动过程中，不能够识别外部环境，也不能改变自身运动的轨迹。
第二代智能小车对外部环境具有一定的感知能力，此类小车装载了简单的传感器。运动过程中可以感知自身的位置，速度等物理量的变化。其控制过程是一个动态的闭环控制系统。能适应一定的外部环境变化。
第三代智能小车配备有多种高灵敏度的外部传感器及其数字图像处理能力，以此来构成小车的感官系统，用来采集外部的环境，向控制系统提供精确的外部信息。以其自身的知识基础和多信息处理系统，能根据环境的变化，做出相应的决策，具有一定自我处理信息的能力。为了让小车更加智能和更广泛的应用，需要研究更加智能化的传感器，为控制系统提供更加精确的外部环境[2]。
本课题将会涉及到单片机应用技术，传感器检测技术，C语言编程等。研究本课题会使得我们加深对所学知识的理解，拓展视野，培养自己的动手能力。我相信通过自己所学的知识，毕业设计的目标一定会圆满完成。
综合以上因素，我觉得完成本次循迹避障智能小车的设计是一件具有特别意义的事，可以激发我对自动化行业的兴趣。
1.2课题发展新趋势
近些年，智能车的发展突飞猛进，国内外许多名牌大学都加入了智能车的研究当中。2011年我国自主研发的智能车红旗HQ3首次完成了从长沙到武汉的无人驾驶实验，整个过程不需要人的参与。只需要设定好起始位置和最终位置，智能车就会单独完成整个过程。这一突破标志着我国的智能车领域达到了世界先进水平。如今国内的很多大学均研制出属于自己的智能车，如上海交通大学研发的“Cyber3”项目车，主要用于人员和货物运输，可以实现高速自动驾驶。清华大学的THMRV智能车，可以在复杂的道路环境下避障，以及自动跟踪结构化道路的车道线。武汉大学的“smart V”能分别控制三维扫描仪、决策系统及其他感知设备等等。目前，我国的智能车系统研究仍不成熟，还需花费更多的时间和精力致力于智能车的发展[3]。
随着信息技术的不断进步，智能车必定会向着更加智能化的方向发展。通过图像处理能力，小车可以及时处理周围环境的变化，自主完成长距离的驾驶。只需要设定终点位置，小车就会自己规划路线，实时反馈路况信息。智能车的驾驶技术必定超过人类的驾驶技术，智能车代替人类驾驶只是时间问题[4]。
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