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红外识别智能行走小车(附件)【字数：14851】

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摘 要摘 要智能小车是智能行走机器人的一种，这种小车可以用于不同的环境，不受温度、湿度、重力、磁场辐射等外界因素的影响。它可以在人类不能够涉及的环境中完成探测工作，适用于国防军事等诸多领域。智能车辆是一个能够对环境进行感知并根据感知到的信息进行计划决策完成自主行驶等众多功能的综合系统。它将计算机技术、传感器技术、信息技术、导航技术、人工智能及自动控制技术应用于同一系统平台上，是当前最有特点和发展前景的技术综合体。本文设计的红外感应智能行走小车就是这样的综合体的一次尝试，它利用红外传感器对地面的扫描作用完成自主寻迹的功能，可以说基本实现了小车的智能化。?本课题主要设计一个能按规定路线行走的智能车辆控制系统。本文主要选用简单的智能机器人为开发平台，以MC9S12XS128单片机为控制平台，采用普通的电机小车模型为机械平台。通过对各环节要求的细致分析，再加上电机控制和传感器技术的有关知识来实现车辆的基本的智能行驶功能。本文多硬件部分的设计采用按模块对整体进行分析设计的方法，主要模块分为主控模块，电机驱动模块，红外感应模块，舵机转向模块、速度检测调节模块和电源模块。多模块共同构成了小车实体，与软件部分设计相结合以完成小车对信号的采集和处理，实现小车的智能循迹。本设计软件部分采用的软件平台为C语言开发环境，软件部分的设计同样采用模块化对程序进行编写，这种方法使内容清晰并易于理解。软件部分主要由系统初始化程序，电机驱动程序，舵机转向程序，红外感应程序，速度调节程序组成。本文软件和硬件部分均采用模块化形式，结构简明。以由红外光电传感器和速度传感器完成硬自动寻迹，后由控制单元处理数据后通过编程有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，自动根据地面黑线寻迹导航，实现自动延规定路线行走的智能控制，达到设计目标。关键词自动循迹；智能车辆；红外传感器；MC9S12XS128单片机
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究发展状况 1
1.2.1 国外的发展状况 2
1.2.2 国内的发展状况和不足 3
1.3 智能小车的发展前景 4
1.4 课题的内容及意义 4
1.4.1 课题的内容 4
1.4.2 课题的意义 4 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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1.5 小结 5
第二章 整体方案设计 6
2.1 智能小车总体设计 6
2.2小车行驶路面的设计 7
2.3 各模块功能的设计 7
2.3.1 主控模块的功能设计 7
2.3.2 电源管理模块的功能设计 8
2.3.3 红外感应模块的功能设计 8
2.3.4 电机驱动模块的功能设计 8
2.3.5 舵机转向模块的功能设计 8
2.3.6 速度检测模块 8
2.4 小结 9
第三章 硬件部分的设计 10
3.1 主控模块 10
3.1.1 单片机 10
3.1.2 MC9S12XS128 11
3.1.3 PWM模块的介绍 12
3.2 电源模块 12
3.3 电机驱动模块 13
3.3.1 H桥驱动原理 14
3.3.2 BTS7960全桥驱动芯片 15
3.4 舵机转向模块 17
3.4.1 PWM控制技术 17
3.4.2 舵机转向角的计算 18
3.5 速度检测调节模块 19
3.5.1 速度检测功能的实现 19
3.5.2 PID控制 20
第四章 智能小车驱动及其红外循迹 22
4.1 软件开发平台 22
4.1.1 CodeWarrior开发平台的介绍 22
4.1.2 初始化设置 22
4.2 软件设计的总体思路 22
4.3 电机驱动模块和舵机转向模块 25
4.4 速度检测调节模块 27
4.5 红外循迹功能的设计 28
4.5.1 光电红外传感器工作原理 28
4.5.2 传感器的布局对路径识别的影响 29
4.5.3 红外光电传感器的选定 30
4.5.4 红外感应模块的软件设计 32
4.6小结 34
第六章 总结 35
致谢 37
参考文献 38
绪论
1.1 引言
智能小车作为当今社会的新发明，是今后道路交通的发展方向。它可以按照事先设定好的模式在特定的环境里自动地运作，不需要人为的管理和干涉，可应用于对未知环境的科学勘探，危险环境救援等用途[14]。多年来，随着企业生产技术的不断提高和自动化技术的不断深化，智能控制技术在汽车工业上得到了越来越多的应用。
智能车辆也叫轮式智能机器人，是移动机器人的一种[3]。它是汇集包括计算机技术、传感技术、通信技术在内的等诸多领域技术于一体的典型高新技术集合体[2]。目前的智能车辆已经能够实现实时显示时间、速度、里程；自动循迹、躲避障碍；可遥控行驶速度、准确定义停车、远程传输图像等功能。
智能车辆主要由传感器、控制器、执行器三个部分组成[7]。控制器部分好比人的大脑，用于接收传感器部分传递过来的信号，并根据事先写入的决策系统（软件程序）来决定机器人对外部传送来信号是否作出相应的反应，并将作出该反应的控制信号发送给执行器部分。执行器部分主要驱动机器人做出各种行为，包括发出各种信号，并可以根据控制器部分信号调整自己的状态。对机器人小车来说，轮子是它们最基本的执行器，就好比人的四肢一样。传感器部分用于读取各种外部信号，以控制机器人行动的各种开关，其功能类似于人类的眼睛、耳朵等感觉器官，也是必不可少的重要组成部分。
正是智能小车的这些功能使智能车能够广泛应用于军事，国防和民用等多领域，以完成人类不能涉足的领域的任务，如危险地域、外太空等。
1.2 国内外研究发展状况
智能车的发展大致可分为三个阶段：第一阶段是可编程的示教在线型的智能车，第二阶段是具有一定感觉功能和自适应能力的离线编程型智能车，第三阶段是能感知外界环境与对象的智能小车[4]。第二阶段较比第一阶段增加了外部传感器，具备了判断车身位置和方向的功能，并且能够自主进行调整。第三阶段则是配备了多个传感器，可以对复杂多变的路径信息进行精确的判断，拥有进行自主决策的能力，是一个有学习能力的机器人。
1.2.1 国外的发展状况
在国外，智能小车的研究起步较早，发展时间较长。它开始于20世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个时期：
第一时期是开始于1950年左右，这一时期是对智能车辆研究的初级阶段。1954年美国BE公司研究开发了世界上第一台自主引导车辆系统AGVS（Automated Guided Vehicle System），这是一台具有自动跟踪功能的，在仓库内进行货物运输工作的无人驾驶智能车[16]。 但在之后的60到70年代，美国在AGVS的应用领域发展极为缓慢，可以说接近停滞不前的状况。但在西欧地区却得到了迅猛的发展。瑞典的Volvo Kalmar公司将AGVS扩展到了工业生产领域，并随后与Digitron公司研制出适用于轿车装配的自主引导车辆系统。
第二发展时期是起始于80年代中后期，在此期间世界先进的发达国家对智能小车的研究已经有了较为有成效的研究结果。在欧洲，Prometheus项目开始在这个领域进行探索。在美洲，美国政府成立了NAHSC（国家自动高速公路系统联盟），这是一个专门对自主引导车辆系统的实用性和可行性进行研究和推广的机构。

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