智能小车避障控制系统设计【字数：9530】
摘 要智能循迹壁障小车是机器人的一种，在本设计中，在STC89C52单片机的基础上利用所需要的传感器获得输入信号。在循迹模块安装了5个红外传感器来检测小车在黑线轨迹的行驶情况。如果小车没有在黑线循迹范围内，将小车自动改变自己的位置与方向，与此同时小车回到在黑色循迹上，小车在回到所预定的路线后，传感器会探测到物体的距离，然后将距离显示在液晶屏幕上，如果距离小于设定的范围内，小车会通过转弯来绕开障碍并且寻找黑色轨迹沿着黑线行驶。L298N驱动芯片作为电机的驱动。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究现状 1
1.3课题研究的思路以及内容 2
2.总体结构设计 3
2.1系统设计目标及要求 3
2.2系统总结构设计 3
3.系硬件设计 5
3.1单片机控制模块 5
3.2电源模块 5
3.3循迹模块 6
3.5避障模块 7
3.6电机驱动模块 8
3.7 液晶显示模块 10
4.系统的软件设计 11
4.1主程序设计 11
4.2避障程序设计 12
4.3 LCD1602液晶显示程序设计 13
4.4循迹模块程序设计 17
5.系统的调试与问题 18
5.1仿真调试 18
5.2实物调试 19
5.2.1 小车通电测试 20
5.2.2 小车循迹测试 20
5.2.3 小车避障测试 21
5.3问题与解决办法 21
6.总结 22
参考文献 23
附录 24
附录1 系统硬件原理图 24
附录2元器件清单表 25
附录3部分源程序 26
致谢 35
1. 绪论
1.1课题研究的背景及意义
智能小车是移动机器人的一种，它是在汽车电子基础之上再深入研究。电工电子学、计算机控制、传感器技术、机械原理等学科都在其中有所运用。而智能汽车又是智 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能化交通工具的一种，它将人工智能、控制理论、计算机技术、车辆工程等多种学科联系起来，这将会是未来智能汽车发展的方向。 机器人的效率性、标准性、网络性和智能性吸引着越来越多的工厂在生产车间里使用机器人代替人工作业，产品的生产率与合格率越来越高。此外，机器人不仅在工业的方向发展而且向着其他行业方向发展，如军事运用型机器人，表演才艺类的机器人以及智能的机器人玩具等。由于现在企业的产品有巨大需求，所以对生产技术的要求也越来越高。而智能车以及在此基础上研发出来的智能设备在产品生产方面起到很大作用，同时也提高了工作效率。研发机器人相关的行业提出了一个大胆的想法，就是希望人类活动的范围内都能有机器人的身影。在智能感知系统中，利用传感器将车身周围的障碍物以及周边行驶的车、人等物体，提前告知给驾驶员，到达危险时候提前发出预警来警示驾驶人员。在辅助驾驶系统中，利用传感器帮助驾驶人员决策以及提出建议告知驾驶正确的方法。如导航系统，准确泊车系统，车辆跟踪等。而在军事方面，智能车更能发挥出它的优势，因为在战场上会发生各种各样的事情，尤其是一些危险的事情，如拆除地雷，炸弹等危险物品，大大降低了部队人员的伤亡。在军事侦查与环境勘察方面，在小车上安装全球定位系统、摄像机、夜视装置来代替人的眼睛，利用他的小体积与隐蔽性等特点将会扩大侦查范围，顺利完成侦查任务，提高军事侦查的准确性。在生活中，利用智能小车的再开发产品进行控制家电，以及清洁卫生。给人们的生活带来了极大的便利。智能小车易于制作，它的硬件购买方便。电路设计简单易于手工焊接，程序易于调试和修改，能够加强电子爱好者的兴趣。在许多高校中都开设了单片机，电子设计等相关的课程。可以理解到政府对于智能及机器人研究还是比较关注的。
1.2课题研究现状
在上个世纪80年代，我国对于智能小车的研究还停留在初试阶段，与西方欧美发达国家相比还是比较落后的。经过多年的快速发展，也取得了突破性的成果。1992年，国内第一辆无人驾驶汽车出现。后来的V型智能汽车能在更复杂的道路上运行。可以说它是计算机、信息、通讯、导航、传感器、人工智能等多种技术的一个综合体的高科技产品。 除在军事应用范围外, 还可以应用于物流运输、网络教学、金融服务、医疗服务、安防警报、电子电力等领域。现如今智能小车发展很快，从日常人们的生活到其它各行业都有它的存在，而且都能够循迹、避障、语音提示等等。
1.3课题研究的思路以及内容
根据设计的相关要求，在做设计之前，我通过网络以及图书馆书籍查阅有关基于单片机智能小车的资料，大致了解到智能小车硬件组成，将小车整体分为几个部分来了解小车的制作过程。主要有单片机控制、循迹传感器模块、超声波壁障模块，液晶显示部分、电机驱动模块和电源组成，一共有6个部分构成。
（1）总体结构设计：本设计单片机控制选择STC89C52单片机。电源选择生活中常用的干电池（1.5V一节，共6节）供电。循迹传感器模块利用ST178红外传感器。超声波壁障模块选择了HCSR04避障传感器。电机驱动模块和液晶显示模块分别采用了L298N驱动芯片和LCD1602液晶显示屏。循迹传感器不断检测在地面上的黑线的位置与方向同时反馈给单片机，单片机执行编程之后控制步进电机的速度，小车也就改变方向。小车行驶过程中，避障传感器会探测前面物体的距离，在设定的范围内，小车会绕过障碍物继续行走。本设计中所设定的范围是小于24cm。
硬件设计：由于目前市场上的元器件琳琅满目，所以对于元件型号的选择也是要重视的。如果硬件选择不合适或者选择错误的话，小车的一些功能将无法实现，所以在购买前应该查阅相关电子器件的资料。在购买硬件的同时，再画出已经设计好的硬件连接图，根据硬件接线图在心中大致有元器件的连接位置以及排布位置。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究现状 1
1.3课题研究的思路以及内容 2
2.总体结构设计 3
2.1系统设计目标及要求 3
2.2系统总结构设计 3
3.系硬件设计 5
3.1单片机控制模块 5
3.2电源模块 5
3.3循迹模块 6
3.5避障模块 7
3.6电机驱动模块 8
3.7 液晶显示模块 10
4.系统的软件设计 11
4.1主程序设计 11
4.2避障程序设计 12
4.3 LCD1602液晶显示程序设计 13
4.4循迹模块程序设计 17
5.系统的调试与问题 18
5.1仿真调试 18
5.2实物调试 19
5.2.1 小车通电测试 20
5.2.2 小车循迹测试 20
5.2.3 小车避障测试 21
5.3问题与解决办法 21
6.总结 22
参考文献 23
附录 24
附录1 系统硬件原理图 24
附录2元器件清单表 25
附录3部分源程序 26
致谢 35
1. 绪论
1.1课题研究的背景及意义
智能小车是移动机器人的一种，它是在汽车电子基础之上再深入研究。电工电子学、计算机控制、传感器技术、机械原理等学科都在其中有所运用。而智能汽车又是智 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能化交通工具的一种，它将人工智能、控制理论、计算机技术、车辆工程等多种学科联系起来，这将会是未来智能汽车发展的方向。 机器人的效率性、标准性、网络性和智能性吸引着越来越多的工厂在生产车间里使用机器人代替人工作业，产品的生产率与合格率越来越高。此外，机器人不仅在工业的方向发展而且向着其他行业方向发展，如军事运用型机器人，表演才艺类的机器人以及智能的机器人玩具等。由于现在企业的产品有巨大需求，所以对生产技术的要求也越来越高。而智能车以及在此基础上研发出来的智能设备在产品生产方面起到很大作用，同时也提高了工作效率。研发机器人相关的行业提出了一个大胆的想法，就是希望人类活动的范围内都能有机器人的身影。在智能感知系统中，利用传感器将车身周围的障碍物以及周边行驶的车、人等物体，提前告知给驾驶员，到达危险时候提前发出预警来警示驾驶人员。在辅助驾驶系统中，利用传感器帮助驾驶人员决策以及提出建议告知驾驶正确的方法。如导航系统，准确泊车系统，车辆跟踪等。而在军事方面，智能车更能发挥出它的优势，因为在战场上会发生各种各样的事情，尤其是一些危险的事情，如拆除地雷，炸弹等危险物品，大大降低了部队人员的伤亡。在军事侦查与环境勘察方面，在小车上安装全球定位系统、摄像机、夜视装置来代替人的眼睛，利用他的小体积与隐蔽性等特点将会扩大侦查范围，顺利完成侦查任务，提高军事侦查的准确性。在生活中，利用智能小车的再开发产品进行控制家电，以及清洁卫生。给人们的生活带来了极大的便利。智能小车易于制作，它的硬件购买方便。电路设计简单易于手工焊接，程序易于调试和修改，能够加强电子爱好者的兴趣。在许多高校中都开设了单片机，电子设计等相关的课程。可以理解到政府对于智能及机器人研究还是比较关注的。
1.2课题研究现状
在上个世纪80年代，我国对于智能小车的研究还停留在初试阶段，与西方欧美发达国家相比还是比较落后的。经过多年的快速发展，也取得了突破性的成果。1992年，国内第一辆无人驾驶汽车出现。后来的V型智能汽车能在更复杂的道路上运行。可以说它是计算机、信息、通讯、导航、传感器、人工智能等多种技术的一个综合体的高科技产品。 除在军事应用范围外, 还可以应用于物流运输、网络教学、金融服务、医疗服务、安防警报、电子电力等领域。现如今智能小车发展很快，从日常人们的生活到其它各行业都有它的存在，而且都能够循迹、避障、语音提示等等。
1.3课题研究的思路以及内容
根据设计的相关要求，在做设计之前，我通过网络以及图书馆书籍查阅有关基于单片机智能小车的资料，大致了解到智能小车硬件组成，将小车整体分为几个部分来了解小车的制作过程。主要有单片机控制、循迹传感器模块、超声波壁障模块，液晶显示部分、电机驱动模块和电源组成，一共有6个部分构成。
（1）总体结构设计：本设计单片机控制选择STC89C52单片机。电源选择生活中常用的干电池（1.5V一节，共6节）供电。循迹传感器模块利用ST178红外传感器。超声波壁障模块选择了HCSR04避障传感器。电机驱动模块和液晶显示模块分别采用了L298N驱动芯片和LCD1602液晶显示屏。循迹传感器不断检测在地面上的黑线的位置与方向同时反馈给单片机，单片机执行编程之后控制步进电机的速度，小车也就改变方向。小车行驶过程中，避障传感器会探测前面物体的距离，在设定的范围内，小车会绕过障碍物继续行走。本设计中所设定的范围是小于24cm。
硬件设计：由于目前市场上的元器件琳琅满目，所以对于元件型号的选择也是要重视的。如果硬件选择不合适或者选择错误的话，小车的一些功能将无法实现，所以在购买前应该查阅相关电子器件的资料。在购买硬件的同时，再画出已经设计好的硬件连接图，根据硬件接线图在心中大致有元器件的连接位置以及排布位置。
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